基于LEA-5T的快速高精度授时系统

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。
3．3 初始化GPS芯片
LEA-5T芯片上电后进入自己的出厂状态，系统可以根据需要，在每次上电通过处理器(MCU)对其进行初始化设置。通过UBX Message 6中的UBX ClassCFG可以选择通信端口(UART／USB)、设置通信端口属性(波特率)、设置I／O端口属性、确定发送Message等操作；UBX Class ACK为CFG控制命令的返回命令，返回ACK-ACK表明命令接收／执行正确，返回ACK-NAK表明命令接收／执行错误；通过UBX Message中的UBX Class NAV(UBX_NAV_TIMEGPS6)可以设置输出时间码数据。初始化流程如图4所示。

4 输出时间信号
4．1 同步脉冲信号输出
输出与GPS时间脉冲同步的频率脉冲信号，是授时系统的重要功能。这个功能由数字逻辑电路完成。数字逻辑电路对内部高精度标准频率(见图2)信号经过分频，生成各路所需高精度频率信号，分频后的信号经过信号调整电路后与GPS时间脉冲同步。
4．2 IRIG-B码
IRIG-B码是标准时间码信号。由数字处理器通过I／O向数字逻辑电路实时刷新当前时间数据(IRIG-B精确到秒)，FPGA经内部逻辑电路产生标准IRIG-B(DC)码，其时间的起点与GPS时间脉冲对齐，并通过隔离差分驱动向远程提供时间信息。
4．3 时间码数据
时间码数据除了通过DC_code方式发送外，还可以通过通信接口，由信号处理器按自定协议定时发送。

5 实物图
设计实例由两层电路板叠插组成，上层为GPS信号板，下层为信号处理及输出驱动板，如图5所示。

6 结论
LEA-5T芯片具有体积小、GPS信号灵敏、授时快、精度高的特点，基于LEA-5T的授时系统将GPS信号接收与时间信号处理整合在一起，系统集成度高，体积小，可靠性好。设计实例实验表明，本系统授时快，冷启动下首次授时十几秒，热启动授时小于4 s，再次授时(自备电池下)小于1 s，可在恶劣天气只见一颗星情况下输出时间信号。实测同步信号精度为0．6μs，可满足小于1 μs的要求。