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1、- 2 -LEA-5T GPS模块测试报告测试人：穆敬彬测试地点：河北科技大学信息学院B304指导人 ：王晓君测试日期：2012年1月12日至2012年2月15日目 录11 LEA-5T 模块数据手册11.1 模块系统框图说明11.2 模块引脚说明21.3 模块配置说明31.3.1 时间模式配置51.3.2 时间标记模式配置61.3.3 秒脉冲工作模式配置71.3.4 导航测量更新速率模式配置71.3.5 端口工作模式配置81.3.6 模块复位模式配置81.3.7 天线模式配置91.3.8 其他功能模式配置101.3.9 默认配置101.4 模块天线说明111.4.1 无源天线111.4.2
2、有源天线122 模块硬件连接图122.1 有源天线模式122.2 无源天线模式133 NMEA协议解析134 测试资源174.1 测试环境174.2 测试方法174.3 测试项目194.3.1 卫星数据接收测试194.3.2 1PPS秒信号测试224.3.3 导航定位功能测试234.3.4 其他卫星信号接收测试265 综合测试结果分析271 LEA-5T 模块数据手册U-blox公司推出LEA-5T GPS模块，该模块为高性能精确授时GPS模块，补偿后的时间脉冲精确度可达15ns。该模块只需一颗卫星即可工作，节省成本，其体积小可以轻松集成，非常适合适用于UMTS、CDMA及中国的TD-SCDM
3、A等电信网络同步，也可以用于地理范围跨越较大的系统和设备之间需要精确授时的数据通信。LEA-5T芯片特性l 50通道u-blox5定位引擎l 支持DGPS(http:/ 4Hz的定位更新速率l 可配置时间脉冲：0.25Hz1000Hzl 低功耗l 精确时标/计数器l 支持A-GPS服务，包括AssistNowl HybirdGPS、GALILEO和SBAS(WAAS、EGNOS、MSAS、GAGAN)引擎l 1UART、1USB和1DDC（IIC兼容）接口l 可配置I/O和UART电平l 支持无源和有源天线l 天线短路和开路检测与保护l 工作温度范围：-40851.1 模块系统框图说明模块系统
4、框图如图1-1所示。分为射频和逻辑两部分。射频部分逻辑部分逻辑部分射频部分图1-1模块系统框图1.2 模块引脚说明模块引脚图如图1-2所示。图1-2 模块引脚图模块引脚功能及配置说明如图1-3所示。图1-3 模块引脚功能及配置图1.3 模块配置说明LEA-5T模块的配置包括硬配置和软配置两部分，硬配置内容详见第二章“模块硬件连接图”，本节主要介绍模块的软配置内容。LEA-5T模块能够配置输入信息，比如设置动态模式，设置波特率等等。可以通过UBX协议中的CFG字段来配置GPS接收器以及读出当前的配置值。发送给接收器的任何CFG字段的信息，如果操作成功会以ACK-ACK信息来表示接受当前信息，如果
5、操作失败会以ACK-NAK信息来拒绝当前信息。UBX配置字段详细信息参见u-blox5_Protocol_Specifications(GPS.G5-X-07036).pdf（以下简称协议文档）文档中的UBX Protocol下的CFG项（UBX-CFG）的内容。通过u-center6.21控制软件工具中的UBX Configure工具菜单，可以对LEA-5T模块进行不同的配置，如图1-4所示。点击左侧相应的配置字段，会在右侧出现对应的配置对话框，根据需要的配置，设置相应的参数即可。设置完成后点击左下角的Send按钮，即可完成配置信息的发送。当需要保存当前的配置信息，可以点击左侧CFG选项，勾
6、选设置如图1-5所示，点击Send发送按钮，即可完成配置信息的保存。当LEA-5T模块再次上电，会按照当前保存的配置信息工作。图1-4 u-center6.21软件中的UBX Configure工具菜单图1-5 配置项CFG菜单1.3.1 时间模式配置LEA-5T 提供一种特殊的时间模式来为用户提供高精度的时间。配合固定的天线，用不同的设置描述（详见协议文档UBX-CFG-TMODE字段）可以配置成三种模式：l Disable禁止模式：标准的PVT模式；l Survey-In输入测量模式：GPS接收机在一个延伸的时间周期内计算平均位置，直到达到预先定义的最大标准偏差内，然后接收机会自动的设置成
7、锁定模式，并激活定时特性。l Fixed Mode锁定模式：这种模式下，假定一个固定的3D位置和一个可知的标准偏差，然后激活定时特性。锁定模式既可以直接被预定义的位置坐标激活，也可以由Survey-In模式激活。由位置错误引起的时间脉冲信号定时错误信息可以在该模式下被消除，修正方法：时间误差；：无效时间，参考协议文档UBX-NAV-DOP；：位置误差。该模式支持单卫星操作。控制软件具体配置详见图1-6所示。图1-6 TimeMode配置项1.3.2 时间标记模式配置通过LEA-5T外部中断EXTINT0引脚， 可以对外部时间信号进行测量，测量精度能够达到亚微秒级。原理是利用GPS或UTC时间对
8、信号的上升沿和下降沿进行计数。该时间标记功能可以用协议文档中UBX-CFG-TM字段使能。控制软件设置详见图1-7所示。图1-7 TimeMark配置选项1.3.3 秒脉冲工作模式配置LEA-5T的秒脉冲信号，在模块锁定后，默认会输出一个脉冲宽度为100ms的1PPS。利用协议文档中UBX-CFG-TP字段可以对秒脉冲的参数进行设置，包括脉冲极性设置，脉冲周期设置、脉冲宽度设置等等，控制软件配置详细见图1-8所示。图1-8 秒脉冲信号配置选项1.3.4 导航测量更新速率模式配置LEA-5T模块支持电文更新速率软配置。可以配置相应的导航或测量的频率等，利用协议文档中UBX-CFG-RATE字段可
9、以对参数进行设置，控制软件配置详见图1-9所示。图1-9 更新速率配置选项1.3.5 端口工作模式配置LEA-5T 模块外围有多种接口，包括UART、DDC（IIC兼容）、USB等，具体参照协议文档UBX-CFG-PRT字段，可以根据需要选择不同的端口，并且可以通过控制软件配置端口的工作方式。详见图1-10所示。图1-10 端口参数配置选项1.3.6 模块复位模式配置LEA-5T模块复位模式包括两种：一种是硬件复位，通过模块复位引脚（第十脚）给低电平实现复位；一种是软件复位，通过UBX-CFG-RST字段实现软复位。软件复位包括以下几种模式：l 冷启动模式：该模式下，接收机内部没有之前的位置、
10、时间等信息，需要搜索卫星信号来达到锁定状态。需要29S（TTFF Time-To-First-Fix ）才能锁定。l 温启动模式：该模式下，接收机内部有大致的时间、位置等信息，只需要下载星历表来计算位置速率等数据。停机超过4小时，星历表每四小时更新一次。需要29S（TTFF）才能锁定。l 热启动模式：该模式下，接收机停机时间短（4小时），不需要重新下载星历表，这是最快的启动方式，TTFF1S。l 控制软件复位模式：该模式终止所有运行中的处理过程，一旦系统空闲，控制软件重新发送配置信息，然后开始捕获跟踪卫星。l 控制软件复位（仅GPS）模式：仅重新启动GPS相关的处理任务，不需要重新初始化系统或
11、重新配置。l 控制GPS终止：停止所有与GPS相关的任务，会终止任何GPS相关的处理，接收机不需要重新开始。l 控制GPS启动：开始所有GPS任务。控制软件具体配置详见图1-11所示。图1-11 RST配置选项1.3.7 天线模式配置LEA-5T模块可以工作两种天线模式下，有源天线模式和无源天线模式。默认操作模式下天线监控器被激活，接收机的短路检测功能被使能，使接收机通过监测有源天线的偏置电压的值，能够立刻关断偏置电压。在有源天线模式下，需要在V_ANT引脚串联一个10欧姆电阻。详细配置信息参见协议文档UBX-CFG-ANT。控制软件设置选项如图1-12所示。图1-12 天线配置选项1.3.8
12、 其他功能模式配置其他功能模式如协议转换模式设置、坐标系模式设置、功耗模式设置、NEMA协议模式设置、USB模式配置、导航引擎模式设置等详细信息参考协议文档UBX-CFG下的其他配置字段。1.3.9 默认配置模块默认配置详见图1-13所示。图1-13 默认配置1.4 模块天线说明LEA-5T模块能接受GPS和GALILEO卫星的L1波段的信号，标称频率1775.42MHz。模块可以设计成有源天线和无源天线。在默认配置模式下，天线管理器是激活的，使接收器能通过查询电压水平来检测有源天线的短路并且一旦短路能够立即关断该电压。UBX和NMEA信息能够报告天线供电情况。开路保护也可以通过外部电路来提供
13、。1.4.1 无源天线采用无源天线的设计需要更加注意射频部分的布局。无源天线靠近电子元器件，因此需要注意减少可能干扰天线的电磁噪声。无源天线不需要直流偏置电压，可以直接连接到射频输入引脚上RF_IN。某些情况下，需要一个50欧姆的无缘匹配网络来进行阻抗匹配。1.4.2 有源天线有源天线内部含有一个集成的低噪声运放，可以直接连接到RF_IN引脚上。当有源天线连接到RF_IN引脚，天线的低噪运放需要通过V_ANT引脚或者外部互感来提供正确的电压。通常这个电压通过射频同轴电缆提供给天线。通常有源天线比无源天线更容易集成到系统应用中，因为它对干扰噪声的敏感度相对小，但是为了更好地应用也要使有源天线远离
14、噪声源。有源天线选择推荐见表2-1 有源天线推荐参数。表2-1 有源天线推荐参数参数说明参数推荐最小增益 15-20dB最大噪声 1.5dB最大增益 30dB天线供电通过VCC_RF 或者外部电压源2 模块硬件连接图2.1 有源天线模式有源天线含有一个集成的低噪声放大器（LNA），可以直接连接到RF_IN。当有源天线连接到RF_IN引脚后，LNA可以通过V_ANT引脚供电（如图2-2右所示）也可以由外部电路供电（如图2-2左所示）。其中R_BIAS提供短路保护，参数选择如图2-1所示。图2-1 R_BIAS参数选择图2-2 有源天线供电配置图2.2 无源天线模式LEA-5T 模块配置成PVT工作方式下的典型连接如图2-3所示图2-3 无源天线典型连接图3 NMEA协议解析NMEA协议是为了在不同的GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Association）制定的一套通讯协议。GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。NMEA-0183协议是GPS接收机应当遵守的
