基于LEA-5T的快速高精度授時(shí)系統(tǒng)

2．2 工作原理
GPS信號(hào)經(jīng)GPS天線接收并通過射頻電纜送至GPS芯片LEA-5T，LEA-5T芯片接收GPS信號(hào)后經(jīng)過內(nèi)部比較／捕獲電路最終獲得時(shí)間碼信息及整秒時(shí)刻，并以時(shí)間數(shù)據(jù)和時(shí)間脈沖信號(hào)的形式向外輸出。時(shí)間數(shù)據(jù)是串口數(shù)據(jù)信號(hào)，按u-bolx自有通信協(xié)議UBXProtocol方式構(gòu)成數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包含了各種時(shí)間信息、導(dǎo)航信息和衛(wèi)星實(shí)況等，通過LEA-5T的外部接口(USB或UART)向外發(fā)送。時(shí)間脈沖信號(hào)是GPS整秒時(shí)刻信號(hào)，該信號(hào)是TTL電平信號(hào)，其信號(hào)的時(shí)間前沿即是GPS整秒時(shí)刻，該信號(hào)通過LEA-5T的I／O口向外發(fā)送。
保護(hù)電路用于監(jiān)控射頻信號(hào)，為L(zhǎng)EA-5T及GPS天線提供開路或短路保護(hù)。
電池用以在系統(tǒng)斷電時(shí)為L(zhǎng)EA-5T保存上次的捕獲到的信息，從而極大提高下次開機(jī)時(shí)的授時(shí)時(shí)間。
信號(hào)處理器接收來自GPS芯片的時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)和來自外部的控制命令，在芯片內(nèi)部將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總和處理后，通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與數(shù)字邏輯電路連接并實(shí)時(shí)刷新端口，從而將時(shí)間碼信息和控制命令實(shí)時(shí)送入數(shù)字邏輯電路，同時(shí)通過通信接口向外發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)當(dāng)前控制狀態(tài)等信息。
數(shù)字邏輯電路(FPGA)根據(jù)來自GPS芯片的時(shí)間脈沖信號(hào)、來自信號(hào)處理器地址總線和數(shù)據(jù)總線的命令和數(shù)據(jù)以及高精度頻標(biāo)信號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部邏輯電路后，產(chǎn)生各路同步頻率脈沖信號(hào)(Pulse_x)和IRIG-B碼(DC_Code)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間等信號(hào)，并經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)電路后向外發(fā)送，完成授時(shí)和時(shí)間統(tǒng)一功能。
頻率標(biāo)準(zhǔn)一般采用高精度溫補(bǔ)晶振(OCXO)，根據(jù)要求可選擇5 MHz或10 MHz頻率。
配置電路用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)邏輯電路的配置信息。

3 時(shí)間信息及確認(rèn)
3. 1 獲取時(shí)間數(shù)據(jù)
UBX NAV Message數(shù)據(jù)包中包含GPS時(shí)間。GPS時(shí)間碼定義為1980年1月6日零時(shí)起的秒計(jì)數(shù)值，NAV_TIME GPS Message中，ITOM為周內(nèi)的毫秒數(shù)，可據(jù)此數(shù)據(jù)得到天、小時(shí)、分、秒的信息，WEEK為周數(shù)，結(jié)合ITOM和1980年1月6日，得到當(dāng)前幀數(shù)據(jù)的年、月、日、星期、時(shí)、分秒時(shí)刻。ITOM是一個(gè)無符號(hào)的長(zhǎng)整形數(shù)據(jù)，占4 B。
信號(hào)處理器接收時(shí)間數(shù)據(jù)并存入內(nèi)存，在每次收到數(shù)據(jù)時(shí)更新該內(nèi)存，并在每個(gè)程序周期中從存儲(chǔ)器內(nèi)提取這些數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。
3．2 確定脈沖時(shí)刻
GPS脈沖時(shí)刻是GPS秒時(shí)刻的標(biāo)記，它通過LEA-5T的I／O口輸出，脈沖的寬度和脈沖前沿屬性可以通過UBX_CFG_TM來設(shè)置。它與時(shí)間數(shù)據(jù)之間的時(shí)間關(guān)系如圖3所示。

圖3表明，時(shí)間脈沖信號(hào)先于串行時(shí)間數(shù)據(jù)到來，每個(gè)時(shí)間脈沖的秒時(shí)刻為下一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)刻，也是前一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)秒時(shí)刻+1 s的數(shù)據(jù)時(shí)刻。時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送頻率可以在0．02～1 000 Hz之間可調(diào)，時(shí)間脈沖的輸出脈寬可調(diào)，脈沖方式可設(shè)為上升沿或下降沿。并在每一秒內(nèi)有一個(gè)時(shí)間標(biāo)記，用于標(biāo)記秒時(shí)刻。提取時(shí)間數(shù)據(jù)后，T北京=TGPS+8 h-14 s獲得當(dāng)前幀北京時(shí)刻。