四创电子北斗单向授时型模块说明书

目 次
1 背景 (1)
2 模块简介 (1)
3 功能特点和技术指标 (2)
3.1 模块功能特点 (2)
3.2 模块性能指标 (2)
4 接口规范 (4)
4.1 外形尺寸 (4)
4.2 引脚定义 (4)
4.3 软件接口 (5)
5 连接说明 (6)
1 背景
“北斗一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，又称“双星定位”系统或“北斗一号”系统。

该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体，是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星定位、授时、通信系统。

随着北斗卫星系统的不断成熟和终端技术的不断发展，实现北斗授时同步已成为我国卫星授时应用的发展趋势。

其终端模块的应用可减少对国外卫星系统的依赖性，这将为我国通信、电力等重点行业授时应用提供可靠技术保障。

2 模块简介
在北斗应用早期，由于“北斗一号”系统固有的局限，用户机实现授时定位通信等功能必须通过有源发射，因此现有的北斗用户机设备普遍存在体积大、成本高、系统容量小的缺点。

四创公司通过多年在北斗领域的研发攻关，推出具备无源授时功能的“北斗一号”单向授时产品（模块外观示意图如图2-1所示）。

图2-1 北斗单向授时模块实物图
北斗单向授时模块是一款通过无源方式实现授时功能的核心处理板，该产品可同时接收“北斗一号” 三通道信号，北斗授时功能通过跟踪现有的三颗北斗卫星和通过外输入高程值而快速实现。

授时模块功耗小，数据更新率1Hz。

北斗单向授时模块从硬件和软件上都易于使用，非常适合系统集成应用。

模块产品主要面向军队、电力、通信、金融、广电等需要时间同步的系统应用客户。

3 功能特点和技术指标
3.1 模块功能特点
⏹同时跟踪三颗北斗卫星；
⏹具备北斗授时功能、提供UTC时间输出；
⏹提供高精度1PPS 输出；
⏹支持本地串口进行参数配置；
⏹支持天线开短路检测和保护功能。

3.2 模块性能指标
表3-1北斗单向授时模块性能指标
接收器结构●3个并行通道
跟踪能力●同时跟踪3颗卫星
基本特征
接收信号灵敏度●-157.6dBW
秒脉冲（1PPS）●误差≤100 ns（初始化精确位置信息，1σ）
●脉冲宽度：500ms
●前沿宽度：<10ns
●首帧串口信息与 1PPS上升沿的同步精度：<10 ms ●幅度：≥3V（LVCMOS电平）
●极性：正极性，前沿为正
●输出阻抗：50Ω
性能特点
锁定时间●时钟（1PPS）锁定时间小于3分钟
坐标基准●BJ-54
时间输出●UTC时间输出
参数设置●天线口面坐标位置设置●接收所使用的波束设置●1PPS信号时延设置
状态检测●工作状态输出
●本地位置信息输出●1PPS信号时延输出
电源规格●5V DC（±10%）
1PPS信号电平● 3.3V LVCMOS 电气特性
功耗●<2.5W（含天线）
尺寸●92*58*15.5mm
硬件接口●数据/电源：20针（2*10）开式插座，100mil间距●射频：MMCX
机械特性
天线与模块连接●同轴电缆
工作温度●-40。

C～+85。

C（室外）●-25。

C～+55。

C（室内）
湿度●<95％，无冷凝环境特性
可靠性（MTBF）●≥25000h
标准配置●1套北斗一号单向授时型模块
●1套北斗一号单向双模授时型天线●1根北斗天线馈线（30m）
●1根避雷器转接馈线（可选配置）
其他
可选配置●增加GPS模式
4 接口规范
4.1 外形尺寸
图 4-1 北斗授时模块外形（单位：mm）
4.2 引脚定义
表4-1双排插针引脚定义表
引脚信号定义功能
DC
5V
1 +5V
接地
2 GND
北斗授时模块发，9600，8bit数据
3 TXD
北斗授时模块收，9600，8bit数据
4 RXD
5 1PPS
1PPS输出，上升沿同步，3.3VLVCOMS电平
接地
6 GND
保留
7 RESERVED
保留
8 RESERVED
9 复位输入外部复位输入，LVCMOS电平，低电平有效
10 GND 接地
11~20 RESERVED 保留
4.3 软件接口
北斗单向授时模块提供串行输入输出接口TXD与RXD（参见表4-1引脚3、4），用户可以通过该接口的协议监测模块以及设置模块。

具体的软件接口协议见表4-2（模块的串口数据帧格式），默认的串行数据格式为 ASCII 码，9600 波特率，无校验位，8 位数据位，1位停止位。

串口数据帧格式的数据帧是由ASCII码组成的字符串，由帧头、帧识别字符、数据段、间隔符、校验字，帧尾组成。

其中，北斗数据帧表示形式如下： $BDFID, P1, P2, . . ., Pn (*HH) <CR><CF> ；帧类型说明如表4-2所示，具体格式说明如下：
（1）帧头：字符“$BD”
（2）帧识别字符FID：表示本帧的类型，见表4-2。

（3）数据段Pn：数据段长度不定，与具体的帧类型相关。

（4）校验字HH
紧随“*”，ASCII码表示的单字节十六进制原码，定义为从“$”到“*”的所有字符的异或运算的结果（包括“$”，不包括“*”）注意：输入的控制指令不要求校验。

（5）间隔符
“，”（0x2C）：用于分隔帧标志与数据段，以及不同数据段；
“* ” （0x2A）：用于分隔最后的数据段与校验字，输入帧无此符号。

（6）帧尾
回车符<CR>（0x0D）；
换行符<LF>（0x0A）。

表4-2 帧类型说明
序号帧识别字符功能
1 ZDA 中国UTC信息(上报）
2 STA 接收模块状态信息(上报）
3 LLA
本地天线口面坐标（上报+设置）
4 OFS 1PPS时延（设置+上报）
5 LPS 闰秒信息（查询）
6 VER 程序版本信息（查询）
7 CHS 波束设置（设置）
8 PPSWD PPS脉宽设置（设置+查询）
9 SVCFG 保存当前配置数据
5 连接说明
（1）在室外开阔地、无遮挡环境下架设好本模块接收天线，可通过天线安装夹具的全向调节装置调整天线方向，使得天线口略指向南方，天线定向后拧紧螺钉固定天线。

通过天线馈线和射频转接线连接天线的接口和用户机的射频（RF）接口，使授时模块与天线接通。

天线连接图如图5-1、图5-2所示。

图5-1 天线连接示意图
图5-2 带避雷器的天线连接示意图（可选配置）
（2）确保北斗单向授时模块处于稳态的温度环境中，切勿将授时模块板
卡放置于热源附近，按照表4-1的模块双排插针引脚定义进行供电、接地、串口连接和1PPS连接。

（3）硬件连接后，首先查看北斗单向授时模块上的电源供电情况5V电
源指示灯亮则表示5V电源供电正常，如图5-3所示；其次查看天线开短路情况，天线短路指示灯亮则表示天线短路，天线开路指示灯亮则表示天线开路，此时需要检查天线线缆连接是否正常；接着查看北斗卫星锁定指示灯：如果指示灯常亮则表示北斗通道信号捕获跟踪正常，如果锁定指示灯闪烁或不亮则检查天线摆放位置，一定要保证天线开阔无遮挡；最后查看1PPS指示，每
秒闪烁一次则表示1PPS信号输出正常。

故障排除说明可参考表5-1。

①②
③④⑤
⑥⑦
①：天线短路指示②、④、⑥：北斗通道锁定指示③：1PPS 指示
⑤：天线开路指示
⑦：电源指示
图5-3 指示灯标示说明
（4）利用串口数据帧格式观察串口输出信息的功率情况分别选择合适的东、西、中三个星座的波束；利用串口数据帧格式设置本地天线的位置，如果位置设置不准确则影响1PPS 的授时精度。

表5-1 故障排除说明表 编号
故障名称 排除方法 1
电源指示灯不亮 检查电源供电是否正常 2
天线开路 检查天线电缆以及接口是否松动，如有松动请按手册提供的连接方法将其紧固 3 天线短路 请将天线与模块断开，并检查天线电缆以及电
缆接口是否短路
4 波束强度弱 检查天线电缆以及接口是否松动；检查天线摆
放位置，确保天线上方无明显遮挡；调节天线
支架的俯仰角度，根据波束输出强度，选择合
适的东、西、中三个星座的波束
5
1PPS 抖动较大
检查卫星接收波束强度，选择合适的东、西、
中三个星座的波束；检查卫星接收器附近是否
有热源；检查本地位置（包括高程）是否设置
准确。