基于頻帶分解的中波發射機播出信號失真故障檢測方法

曲 珍

（西藏自治區廣播電視局下察隅中波轉播臺，西藏林芝 860000）

0 引言

在中波發射機運行的過程中，其輸出的信號需要保持相對穩定的狀態，只有這樣才能切實保障播出質量[1]。但是，通過對實際中波發射機播出信號狀態進行分析發現，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，運用科學有效的檢測技術成為關系中波發射機運行效果的關鍵。一般情況下，信號失真故障的檢測是以故障現象為基礎開展的，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射機原理，同時對整個發射機硬件連接結構有充分的了解[4]。以理論指導為基礎，可以在極大程度上提高對中波發射機播出信號失真故障的排查效果[5]?，F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，提高對中波發射機播出信號失真故障檢測的精度成為新的研究方向[6]。結合中波發射機播出信號的特點，將頻帶分解技術應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射機播出信號失真故障檢測方法，并設置對比測試，通過分析不同檢測方法的測試結果，分析中波發射機播出信號失真故障檢測方法的應用效果。

1 中波發射機播出信號失真故障檢測方法設計

1.1 中波發射機信號頻帶分解結構設置

當中波發射機播出信號出現失真故障時，大多是以模擬信號的采集為起點，通過分析信號重建的過程實現對信號狀態的分析。但是在實際的故障檢測階段，部分信號時域的表達式為已知量，使任意采樣率下的波形序列獲取方式不再受現有指標參數的限制。針對這一特性，在對中波發射機信號進行頻帶分解處理時，引入數字濾波器裝置，借助DAC 將信號轉換到模擬域，利用模擬濾波器對目標時域范圍內的信號進行重構處理。在具體的實施過程中，主要應用到的裝置包括數字濾波器組和模擬濾波器組。

首先，假設獲取到的中波發射機播出信號對應的序列為x[n]，在采集信號的過程中，對采樣率的設置方式可以表示為：

其中，fs表示采樣率，Ts表示中波發射機發射信號的頻率。需要注意的是，采樣率主要受中波發射機發射信號的頻率影響。因此，在實際的執行過程中，可能會出現采樣率不足而達不到理想值的狀態。針對該問題，對每一路DAC 的采樣率進行迭代設置，DAC 基本結構示意圖如圖1 所示。

圖1 DAC基本結構示意圖

對于中波發射機的輸入信號x[n]而言，利用圖1 所示的設置方式，在數字濾波器Fm(z)的作用下，其最終輸出的信號形式將轉換為xp,m[n]，對應的采樣率也與式（1）的計算結果保持一致。在此基礎上，為了確保中波發射機的輸入信號能夠在DAC 中得到有效轉換，以離散模式對其進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射機的輸入信號，s[n] 表示DAC 對信號的轉換作用，λ表示歸一化的角頻率參數，a表示常數，M表示在目標時域范圍內信號對應的頻域參數。

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

按照上述方式，完成對中波發射機信號頻帶分解結構的設置，為后續的信號失真故障檢測提供可靠的基礎和保障。

1.2 信號失真故障檢測

在完成對中波發射機信號頻帶分解結構的設置后，對信號失真故障的檢測主要是根據目標時域內信號的特征實現的。通過對原始的中波發射機信號進行頻帶分解處理后，對于任意一個時域信號而言，在目標時域內，其都具有絕對可積的屬性。在此基礎上，經傅里葉變換后的中波發射機信號可以表示為：

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

其中，f(t)表示窗函數，k表示常數，該參數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，實現對信號的分解處理。在此基礎上，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的故障信號，d表示允許信號波動范圍。

按照這樣的方式，實現對中波發射機播出信號失真故障的檢測。

2 測試與分析

2.1 測試環境

在對本文設計的基于頻帶分解的中波發射機播出信號失真故障檢測方法實際應用效果進行分析的過程中，充分考慮現階段中波廣播發射系統中應用設備的實際情況，將AM103S5-Ⅲ型數字循環調制中波廣播發射機作為測試設備，作為一種國內生產的中波廣播發射系統應用機型，其具有廣泛的應用范圍。AM103S5-Ⅲ型數字循環調制中波廣播發射機信號放大模塊的原理框圖如圖2 所示。

圖2 中波廣播發射機信號放大模塊原理框圖

對測試AM103S5-Ⅲ型數字循環調制中波廣播發射機的配置情況進行分析可以看出，多用表主電壓正常指示參數為115V，1A、1B 均為主電壓的供給推動級模塊。其中，1A 的電壓參數正常范圍為40 ～80V，初始狀態下1B 的電壓參數值為0V。當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定的狀態，恒定均值為23V。在此基礎上，對中波發射機播出信號失真故障進行設置，主要通過對推動器的輸出信號幅度進行適應性調整實現，使1A 和1B 均處于滿負荷工作狀態，對應的電壓參數為115V。在具體的實現過程中，設置示波器裝置，用于測量3 塊推動器功放模塊的實際輸出信號。

2.2 測試結果

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射機播出信號失真故障檢測方法應用效果作出分析，為測試設置對照組，對應的檢測方法分別為以多級奇異值分解為基礎的檢測方法、以IFOA-GRNN 為基礎的檢測方法。在相同測試環境下，3 種不同檢測方法對于信號失真故障的檢測結果如表1 所示。

表1 不同方法測試結果統計表

結合表1 中的測試結果，對3 種不同檢測方法的檢測效果進行分析可以發現，隨著AM103S5-Ⅲ型數字循環調制中波廣播發射機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的檢測結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準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到了1.462V，IFOA-GRNN 檢測方法也達到了1.0V 以上。相比之下，本文方法的偏離距離始終穩定在0.70V 以內。對諧波特征值和高階能量特征值的檢測結果進行分析，其也表現出了與信號基波特征值相似的發展趨勢，且本文設計方法檢測結果的優勢較為明顯。不僅如此，從整體角度進行分析，隨著實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。當實際輸出信號為22.5V 時，不同指標的檢測結果誤差均在0.10V 以內，但是當實際輸出信號為20.5V 時，不同指標的檢測結果誤差均達到了1.0V 以上。因此，本文方法的檢測結果更加穩定，基于頻帶分解的中波發射機播出信號失真故障檢測方法可以實現對信號失真故障的準確檢測，具有良好的實際應用價值。

3 結語

信號失真故障作為中波發射機運行過程中較為常見的一種故障類型，對其作出及時準確檢測是保障播出信號質量的重要基礎。研究基于頻帶分解的中波發射機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證了設計檢測方法對于中波發射機播出信號失真故障檢測結果的可靠性，希望可以為中波發射機播出信號質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，可以進一步加深對不同程度信號失真對應的差異化故障檢測設計，以擴大檢測方法的應用范圍、提升應用效果。