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基于LEA-5T的快速高精度授时系统

作者:时间:2012-12-22来源:网络收藏

2 系统设计
2.1 系统组成
系统由天线、芯片()及其保护电路、电池、信号处理器及其辅助电路、通信接口、频率标准、数字逻辑电路及其配置电路、输出信号差分隔离电路等组成,如图2所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/153647.htm

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2.2 工作原理
信号经GPS天线接收并通过射频电缆送至GPS芯片芯片接收GPS信号后经过内部比较/捕获电路最终获得时间码信息及整秒时刻,并以时间数据和时间脉冲信号的形式向外输出。时间数据是串口数据信号,按u-bolx自有通信协议UBXProtocol方式构成数据包,数据包含了各种时间信息、导航信息和卫星实况等,通过LEA-5T的外部接口(USB或UART)向外发送。时间脉冲信号是GPS整秒时刻信号,该信号是TTL电平信号,其信号的时间前沿即是GPS整秒时刻,该信号通过LEA-5T的I/O口向外发送。
保护电路用于监控射频信号,为LEA-5T及GPS天线提供开路或短路保护。
电池用以在系统断电时为LEA-5T保存上次的捕获到的信息,从而极大提高下次开机时的时间。
信号处理器接收来自GPS芯片的时间数据信号和来自外部的控制命令,在芯片内部将这些数据经过汇总和处理后,通过地址总线和数据总线与数字逻辑电路连接并实时刷新端口,从而将时间码信息和控制命令实时送入数字逻辑电路,同时通过通信接口向外发送时间数据和系统当前控制状态等信息。
数字逻辑电路(FPGA)根据来自GPS芯片的时间脉冲信号、来自信号处理器地址总线和数据总线的命令和数据以及频标信号,经过内部逻辑电路后,产生各路同步频率脉冲信号(Pulse_x)和IRIG-B码(DC_Code)标准时间等信号,并经隔离驱动电路后向外发送,完成和时间统一功能。
频率标准一般采用温补晶振(OCXO),根据要求可选择5 MHz或10 MHz频率。
配置电路用于存储数据逻辑电路的配置信息。

3 时间信息及确认
3. 1 获取时间数据
UBX NAV Message数据包中包含GPS时间。GPS时间码定义为1980年1月6日零时起的秒计数值,NAV_TIME GPS Message中,ITOM为周内的毫秒数,可据此数据得到天、小时、分、秒的信息,WEEK为周数,结合ITOM和1980年1月6日,得到当前帧数据的年、月、日、星期、时、分秒时刻。ITOM是一个无符号的长整形数据,占4 B。
信号处理器接收时间数据并存入内存,在每次收到数据时更新该内存,并在每个程序周期中从存储器内提取这些数据,以确保数据的实时性。
3.2 确定脉冲时刻
GPS脉冲时刻是GPS秒时刻的标记,它通过LEA-5T的I/O口输出,脉冲的宽度和脉冲前沿属性可以通过UBX_CFG_TM来设置。它与时间数据之间的时间关系如图3所示。

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图3表明,时间脉冲信号先于串行时间数据到来,每个时间脉冲的秒时刻为下一个时间数据时刻,也是前一个时间数据秒时刻+1 s的数据时刻。时间数据发送频率可以在0.02~1 000 Hz之间可调,时间脉冲的输出脉宽可调,脉冲方式可设为上升沿或下降沿。并在每一秒内有一个时间标记,用于标记秒时刻。提取时间数据后,T北京=TGPS+8 h-14 s获得当前帧北京时刻。



关键词: GPS LEA-5T 授时 高精度

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