曲 珍

（西藏自治區(qū)廣播電視局下察隅中波轉(zhuǎn)播臺，西藏林芝 860000）

0 引言

在中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行的過程中，其輸出的信號需要保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，只有這樣才能切實(shí)保障播出質(zhì)量[1]。但是，通過對實(shí)際中波發(fā)射機(jī)播出信號狀態(tài)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，信號失真故障是較為常見的故障類型之一[2]。針對這一問題，運(yùn)用科學(xué)有效的檢測技術(shù)成為關(guān)系中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行效果的關(guān)鍵。一般情況下，信號失真故障的檢測是以故障現(xiàn)象為基礎(chǔ)開展的，按照逐級排查的方式確定好具體的故障位置[3]。為保障這一檢測方式的可靠性，必須熟練掌握中波發(fā)射機(jī)原理，同時對整個發(fā)射機(jī)硬件連接結(jié)構(gòu)有充分的了解[4]。以理論指導(dǎo)為基礎(chǔ)，可以在極大程度上提高對中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障的排查效果[5]?，F(xiàn)階段，較為常見的故障查找方法主要有排除法、替代法、重演法、剝離法，提高對中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測的精度成為新的研究方向[6]。結(jié)合中波發(fā)射機(jī)播出信號的特點(diǎn)，將頻帶分解技術(shù)應(yīng)用到信號失真故障檢測的研究中，具有可觀的研究價值[7]。

基于此，提出基于頻帶分解的中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法，并設(shè)置對比測試，通過分析不同檢測方法的測試結(jié)果，分析中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法的應(yīng)用效果。

1 中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法設(shè)計(jì)

1.1 中波發(fā)射機(jī)信號頻帶分解結(jié)構(gòu)設(shè)置

當(dāng)中波發(fā)射機(jī)播出信號出現(xiàn)失真故障時，大多是以模擬信號的采集為起點(diǎn)，通過分析信號重建的過程實(shí)現(xiàn)對信號狀態(tài)的分析。但是在實(shí)際的故障檢測階段，部分信號時域的表達(dá)式為已知量，使任意采樣率下的波形序列獲取方式不再受現(xiàn)有指標(biāo)參數(shù)的限制。針對這一特性，在對中波發(fā)射機(jī)信號進(jìn)行頻帶分解處理時，引入數(shù)字濾波器裝置，借助DAC 將信號轉(zhuǎn)換到模擬域，利用模擬濾波器對目標(biāo)時域范圍內(nèi)的信號進(jìn)行重構(gòu)處理。在具體的實(shí)施過程中，主要應(yīng)用到的裝置包括數(shù)字濾波器組和模擬濾波器組。

首先，假設(shè)獲取到的中波發(fā)射機(jī)播出信號對應(yīng)的序列為x[n]，在采集信號的過程中，對采樣率的設(shè)置方式可以表示為：

其中，fs表示采樣率，Ts表示中波發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的頻率。需要注意的是，采樣率主要受中波發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的頻率影響。因此，在實(shí)際的執(zhí)行過程中，可能會出現(xiàn)采樣率不足而達(dá)不到理想值的狀態(tài)。針對該問題，對每一路DAC 的采樣率進(jìn)行迭代設(shè)置，DAC 基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 DAC基本結(jié)構(gòu)示意圖

對于中波發(fā)射機(jī)的輸入信號x[n]而言，利用圖1 所示的設(shè)置方式，在數(shù)字濾波器Fm(z)的作用下，其最終輸出的信號形式將轉(zhuǎn)換為xp,m[n]，對應(yīng)的采樣率也與式（1）的計(jì)算結(jié)果保持一致。在此基礎(chǔ)上，為了確保中波發(fā)射機(jī)的輸入信號能夠在DAC 中得到有效轉(zhuǎn)換，以離散模式對其進(jìn)行采樣是十分必要的，具體的處理方式可以表示為：

其中，xp,m[n]表示離散模式下中波發(fā)射機(jī)的輸入信號，s[n] 表示DAC 對信號的轉(zhuǎn)換作用，λ表示歸一化的角頻率參數(shù)，a表示常數(shù)，M表示在目標(biāo)時域范圍內(nèi)信號對應(yīng)的頻域參數(shù)。

按照上述方式完成對中波發(fā)射機(jī)播出信號的處理，考慮到零階保持對于信號狀態(tài)的擾動，中波發(fā)射機(jī)輸出信號會出現(xiàn)相應(yīng)的變化。以保持函數(shù)的主瓣范圍為基礎(chǔ)，信號頻率的增加帶來的直接影響就是信號的幅值會出現(xiàn)不同程度的衰減，最終的零點(diǎn)位置與DAC 采樣率的整數(shù)倍所在位置一致。由此導(dǎo)致直接利用濾波器組對其該部分衰減進(jìn)行處理時，零點(diǎn)位置難以得到有效補(bǔ)償。針對該問題，在上述信號頻帶分解的基礎(chǔ)上，通過引入混頻器實(shí)現(xiàn)對頻譜的搬移處理，將重構(gòu)濾波器的通帶作為DAC 輸出主要能量頻段的目標(biāo)搬移位置。

按照上述方式，完成對中波發(fā)射機(jī)信號頻帶分解結(jié)構(gòu)的設(shè)置，為后續(xù)的信號失真故障檢測提供可靠的基礎(chǔ)和保障。

1.2 信號失真故障檢測

在完成對中波發(fā)射機(jī)信號頻帶分解結(jié)構(gòu)的設(shè)置后，對信號失真故障的檢測主要是根據(jù)目標(biāo)時域內(nèi)信號的特征實(shí)現(xiàn)的。通過對原始的中波發(fā)射機(jī)信號進(jìn)行頻帶分解處理后，對于任意一個時域信號而言，在目標(biāo)時域內(nèi)，其都具有絕對可積的屬性。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)傅里葉變換后的中波發(fā)射機(jī)信號可以表示為：

按照式（4）所示的方式，經(jīng)過傅里葉變換后的中波發(fā)射機(jī)信號將以相對獨(dú)立的形式存在，此時借助時頻分析的方式即可實(shí)現(xiàn)對信號局部特征的準(zhǔn)確檢測。但是需要注意的是，由于傅里葉變換面向的目標(biāo)是中波發(fā)射機(jī)播出的所有信號，直接利用其對失真信號故障進(jìn)行檢測分析時，不僅涉及計(jì)算量相對較大的問題，而且對應(yīng)的時間開銷需求也會影響檢測結(jié)果的時效性。因此，在檢測分析過程中引入窗函數(shù)，對被測信號進(jìn)行加窗處理，將原始信號分解為由若干個小的間隔組成的形式。在此基礎(chǔ)上，利用傅里葉變換，對每個時間的間隔進(jìn)行分析，達(dá)到確定該間隔內(nèi)信號特征的目的。其中，窗函數(shù)的設(shè)置方式可以表示為：

其中，f(t)表示窗函數(shù)，k表示常數(shù)，該參數(shù)的大小決定了原始信號分解后間隔的大小。通過這樣的方式，實(shí)現(xiàn)對信號的分解處理。在此基礎(chǔ)上，信號失真故障的檢測方式可以表示為：

其中，y(t)表示單位時間間隔內(nèi)的故障信號，d表示允許信號波動范圍。

按照這樣的方式，實(shí)現(xiàn)對中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障的檢測。

2 測試與分析

2.1 測試環(huán)境

在對本文設(shè)計(jì)的基于頻帶分解的中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析的過程中，充分考慮現(xiàn)階段中波廣播發(fā)射系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)備的實(shí)際情況，將AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)作為測試設(shè)備，作為一種國內(nèi)生產(chǎn)的中波廣播發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)型，其具有廣泛的應(yīng)用范圍。AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)信號放大模塊的原理框圖如圖2 所示。

圖2 中波廣播發(fā)射機(jī)信號放大模塊原理框圖

對測試AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)的配置情況進(jìn)行分析可以看出，多用表主電壓正常指示參數(shù)為115V，1A、1B 均為主電壓的供給推動級模塊。其中，1A 的電壓參數(shù)正常范圍為40 ～80V，初始狀態(tài)下1B 的電壓參數(shù)值為0V。當(dāng)推動器輸出激勵低于正常值時，供給到1B 部分的電壓逐漸增加至最大值（115V）。當(dāng)推動器輸出激勵高于正常值時，供給到1B 和1A 部分的電壓逐漸減小至最小值（0V）。通過這樣的方式，使推動器射頻輸出激勵信號始終保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)，恒定均值為23V。在此基礎(chǔ)上，對中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障進(jìn)行設(shè)置，主要通過對推動器的輸出信號幅度進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整實(shí)現(xiàn)，使1A 和1B 均處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，對應(yīng)的電壓參數(shù)為115V。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，設(shè)置示波器裝置，用于測量3 塊推動器功放模塊的實(shí)際輸出信號。

2.2 測試結(jié)果

在測試過程中，為了更加直觀、全面地對基于頻帶分解的中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法應(yīng)用效果作出分析，為測試設(shè)置對照組，對應(yīng)的檢測方法分別為以多級奇異值分解為基礎(chǔ)的檢測方法、以IFOA-GRNN 為基礎(chǔ)的檢測方法。在相同測試環(huán)境下，3 種不同檢測方法對于信號失真故障的檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 不同方法測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

結(jié)合表1 中的測試結(jié)果，對3 種不同檢測方法的檢測效果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)輸出信號的失真程度逐漸提高，3 種檢測方法對于不同檢測指標(biāo)的檢測結(jié)果與信號特征曲線的偏離程度逐漸加大。其中，對于信號基波特征值與標(biāo)準(zhǔn)曲線之間的偏離距離，多級奇異值分解檢測方法的最大值達(dá)到了1.462V，IFOA-GRNN 檢測方法也達(dá)到了1.0V 以上。相比之下，本文方法的偏離距離始終穩(wěn)定在0.70V 以內(nèi)。對諧波特征值和高階能量特征值的檢測結(jié)果進(jìn)行分析，其也表現(xiàn)出了與信號基波特征值相似的發(fā)展趨勢，且本文設(shè)計(jì)方法檢測結(jié)果的優(yōu)勢較為明顯。不僅如此，從整體角度進(jìn)行分析，隨著實(shí)際輸出信號失真程度的逐漸加重，多級奇異值分解檢測方法和IFOA-GRNN 檢測方法的檢測效果下降程度也更加明顯。當(dāng)實(shí)際輸出信號為22.5V 時，不同指標(biāo)的檢測結(jié)果誤差均在0.10V 以內(nèi)，但是當(dāng)實(shí)際輸出信號為20.5V 時，不同指標(biāo)的檢測結(jié)果誤差均達(dá)到了1.0V 以上。因此，本文方法的檢測結(jié)果更加穩(wěn)定，基于頻帶分解的中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法可以實(shí)現(xiàn)對信號失真故障的準(zhǔn)確檢測，具有良好的實(shí)際應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

信號失真故障作為中波發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程中較為常見的一種故障類型，對其作出及時準(zhǔn)確檢測是保障播出信號質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。研究基于頻帶分解的中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測方法，并通過對比測試的方式分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)檢測方法對于中波發(fā)射機(jī)播出信號失真故障檢測結(jié)果的可靠性，希望可以為中波發(fā)射機(jī)播出信號質(zhì)量的管理提供有價值的幫助，最大限度降低由于信號失真問題帶來的播出問題。未來，可以進(jìn)一步加深對不同程度信號失真對應(yīng)的差異化故障檢測設(shè)計(jì)，以擴(kuò)大檢測方法的應(yīng)用范圍、提升應(yīng)用效果。