導(dǎo)語：發(fā)射臺自動化系統(tǒng)抗干擾建設(shè)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著自動化在我國廣播電視領(lǐng)域的不斷發(fā)展，自動化系統(tǒng)在發(fā)射臺的應(yīng)用越來越廣泛，由于發(fā)射臺惡劣的電磁環(huán)境，直接影響自動化系統(tǒng)在發(fā)射臺的穩(wěn)定運行，自動化系統(tǒng)的抗干擾能力成為系統(tǒng)是否合格的關(guān)鍵指標。本文從干擾來源、自動化系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計、自動化方案設(shè)計、施工技術(shù)等方面，論述如何建設(shè)一套抗干擾能力強的廣播電視發(fā)射臺自動化系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：發(fā)射臺；自動化；抗干擾

廣播電視發(fā)射臺中的發(fā)射機自動化系統(tǒng)包含信源監(jiān)測、信源切換、開路信號接收、碼流分析、節(jié)目質(zhì)量監(jiān)測、發(fā)射機參數(shù)采集與控制、天饋線倒換控制、安防監(jiān)控、電力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、多畫面監(jiān)測等多個子系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含模擬信號采集設(shè)備、嵌入式信號處理硬件設(shè)備、計算機系統(tǒng)等，各設(shè)備、系統(tǒng)間需要各種信號連接，需要連接被控設(shè)備發(fā)射機，需要從被監(jiān)測天饋線、節(jié)目傳輸設(shè)備等之間進行接觸或非接觸采樣，這些過程都有可能受到發(fā)射機、天饋線高頻信號的干擾，并把干擾傳輸?shù)阶詣踊到y(tǒng)中，從而影響發(fā)射臺自動化系統(tǒng)的正常工作，給系統(tǒng)的運行帶來安全隱患。為保證自動化系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定運行，就需要系統(tǒng)建設(shè)時全面分析干擾來源，在設(shè)備設(shè)計、方案設(shè)計、施工時有針對性地采用特定抗干擾技術(shù)及方法消除或降低干擾對系統(tǒng)的影響，進而確保最終建成的發(fā)射臺自動化系統(tǒng)在運行中有較高可靠性和穩(wěn)定性，充分保證發(fā)射臺安全播出。

1廣播電視發(fā)射臺電磁干擾的主要來源

由于廣播電視發(fā)射臺多為高功率發(fā)射設(shè)備，發(fā)射機發(fā)射功率從幾千瓦到幾百千瓦不等，發(fā)射頻率從300kHz到1GHz。對大功率發(fā)射臺，天線發(fā)射信號是對臺內(nèi)技術(shù)區(qū)自動化控制設(shè)備的主要干擾。發(fā)射臺天線具備高大天線，雷電對臺內(nèi)設(shè)備影響很大。具體分析發(fā)射臺干擾主要來源有：1.1電磁波干擾。發(fā)射機是發(fā)射臺的核心設(shè)備，也是發(fā)射臺自動化系統(tǒng)的主要被控對象。發(fā)射機的功能是把廣播電視節(jié)目信號調(diào)制在高頻載波上，并產(chǎn)生高功率高頻電能輸給饋線，通過饋線把發(fā)射機發(fā)出的高頻功率信號輸送到發(fā)射天線，天線將饋線傳來的電磁波轉(zhuǎn)換為自由空間傳播的電磁波發(fā)射到覆蓋目標區(qū)域。根據(jù)發(fā)射臺設(shè)計，理想饋線不向外輻射能量，天線定向發(fā)射電磁波，不會對臺內(nèi)自動化設(shè)備產(chǎn)生影響，但實際都會存在不同程度的電磁波泄露，形成發(fā)射臺內(nèi)高頻信號的電磁干擾源。特別是在發(fā)射機旁邊、傳輸饋線兩側(cè)都存在強干擾電磁場，處在干擾電磁場內(nèi)的自動化設(shè)備金屬外殼、信號傳輸導(dǎo)線會不同程度產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進而形成電磁波脈沖干擾信號，自動化設(shè)備的電子元器都可能受到電磁波脈沖信號干擾。發(fā)射機功率越大，這些干擾脈沖的幅度越大，干擾導(dǎo)致控制設(shè)備產(chǎn)生誤動作或失靈、計算機存儲丟失、與讀寫代碼錯誤等事件發(fā)生概率提高，從而導(dǎo)致自動化系統(tǒng)故障概率也越高。1.2雷電干擾。由于發(fā)射臺多處在地勢較高或周邊空曠區(qū)域，且發(fā)射天線高大，特別容易受到雷電影響。雷電一般分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。對發(fā)射臺自動化系統(tǒng)形成干擾的主要是由直擊雷、電磁脈沖、球形雷，產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和磁感應(yīng)。根據(jù)發(fā)射臺建設(shè)標準，發(fā)射天線都有強大的防雷系統(tǒng)，防雷系統(tǒng)可以泄放掉雷電電流，但雷電的靜電感應(yīng)和磁感應(yīng)會嚴重影響發(fā)射臺自動控制設(shè)備。其干擾主要通過干擾供電系統(tǒng)從而干擾自動化設(shè)備和直接干擾自動化設(shè)備兩種形式。1.2.1雷電對發(fā)射臺自動化供電系統(tǒng)的干擾。供電系統(tǒng)是發(fā)射臺自動化系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，如果供電系統(tǒng)受到干擾，干擾信號會通過電源進入自動化設(shè)備。按照我國發(fā)射臺建設(shè)相關(guān)標準，發(fā)射臺的供電需從不同方向的兩路市電引入，兩路市電互為主、備，如果感應(yīng)雷直接或間接擊到其中一路市電電網(wǎng)時，都有可能在發(fā)射臺供電網(wǎng)絡(luò)線路上產(chǎn)生干擾過電壓電波，過電壓電波會瞬間通過供電線路進入室內(nèi)交流或直流電源系統(tǒng)，干擾電波進而以干擾脈沖信號的形式侵入自動化系統(tǒng)設(shè)備。小幅度的干擾脈沖信號攜帶能量較小可瞬間導(dǎo)致設(shè)備運行紊亂，大幅度干擾脈沖信號如果持續(xù)時間長，攜帶能量大，可能直接燒毀設(shè)備上的脆弱元件，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞。1.2.2雷電對發(fā)射臺自動化設(shè)備的直接干擾。一般，雷雨云在形成過程中會積累一定數(shù)量的正電荷或負電荷，如果這些電荷得不到及時釋放，就會在雷雨云附近形成靜電場，積累電荷越多，靜電場越強。在帶電雷雨云所覆蓋范圍內(nèi)的自動化設(shè)備金屬殼體上就會產(chǎn)生大量與雷雨云攜帶相反極性的電荷，進而在設(shè)備上形成靜電電壓。當雷雨云消失時如果這些設(shè)備接地不良或沒有正確接地，設(shè)備機殼電荷不能從地線有效釋放電荷則設(shè)備上的電荷可能以電弧、脈沖電流的形式通過設(shè)備內(nèi)部電路或元器件釋放，從而導(dǎo)致自動化設(shè)備運行紊亂或設(shè)備損壞。1.3設(shè)備輸入輸出接口干擾。自動化系統(tǒng)輸入輸出信號采集分為模擬信號采集和數(shù)字信號采集，在信號采集過程如果有干擾信號進入采樣接口，模擬采樣信號可能會采集偏高或偏低的模擬量，從而影響自動化系統(tǒng)對模擬量的誤判導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生錯誤操作。當數(shù)字信號受干擾時，可能引起傳輸01錯誤，導(dǎo)致通信失敗，嚴重導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作。1.4電源系統(tǒng)干擾。一般由于發(fā)射臺耗電量較大，其供電系統(tǒng)也比較龐大。發(fā)射臺多為分期建設(shè)完成，經(jīng)過多次增容，臺內(nèi)輸電線纜多，接地方式不統(tǒng)一。由于發(fā)射機發(fā)射信號的特性，發(fā)射機正常工作過程中發(fā)射功率會隨發(fā)射的廣播或電視信號的特性發(fā)生較大功率波動。上述因素都有可能在發(fā)射臺電力設(shè)備、線纜周邊產(chǎn)生瞬間或持久變化不定的強電磁場，進而形成不同頻段的電磁干擾信號，這些電磁干擾會在電力線纜中以干擾脈沖波形式傳播，或在自動化設(shè)備金屬外殼上形成瞬間電壓。電力線纜中的干擾脈沖波可以通過電源系統(tǒng)進入自動化設(shè)備干擾設(shè)備運行，設(shè)備金屬外殼上瞬間電壓在設(shè)備殼體地線接觸不良時則會直接干擾自動化設(shè)備運行。

2抗干擾措施

基于上述對發(fā)射臺自動化系統(tǒng)干擾源的分析，在發(fā)射臺自動化系統(tǒng)建設(shè)中必須從自動化系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計、自動化系統(tǒng)方案設(shè)計、施工技術(shù)三方面采取抗干擾措施。2.1自動化系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計抗干擾。2.1.1硬件抗干擾設(shè)計。發(fā)射臺自動化系統(tǒng)設(shè)備在設(shè)計階段對信號輸入輸出接口增加雷擊浪涌保護，輸入輸出信號使用合理光耦隔離。對輸入信號根據(jù)信號特性采取濾波方式。設(shè)計電路前對被采集信號進行頻帶預(yù)測，根據(jù)被采集信號的實際頻帶設(shè)計帶通濾波器，將非采集信號頻段外的信號過濾掉；對采用數(shù)模轉(zhuǎn)換采集的數(shù)字信號，先根據(jù)信號的頻率特性選用合適的數(shù)字濾波算法進行數(shù)字濾波處理，再傳輸給后繼處理單元。在設(shè)計線路板時，重視抗干擾設(shè)計，多采用多層電路板設(shè)計技術(shù)。電路設(shè)計遵守下述原則：信號線布置時做到弱信號和強信號分開布置、分開接地，模擬信號與數(shù)字信號分開布置、分開接地，數(shù)據(jù)總線與電源總線分開布置，多層電路單獨敷設(shè)接地層與電源層。元器件布置時功率器件遠離弱信號器件，敏感器件、大功率器件、強輻射器件單獨分區(qū)布置，必要時對每個分區(qū)進行單獨屏蔽處理，特別對敏感器件、模塊先單獨做電磁屏蔽處理，整機再進行電磁屏蔽。在器件優(yōu)先選用抗干擾性能強的工業(yè)級元件、自帶抗干擾單元原件。設(shè)計完成后對整體電路做抗干擾模擬計算。在通信方式上采用差分平衡式數(shù)據(jù)傳輸模式或其他已經(jīng)驗證抗干擾性能強的傳輸模式，數(shù)據(jù)傳輸前進行冗余、糾錯、容錯、校驗處理，數(shù)據(jù)接收后先進行糾錯和校驗，對校驗不通過數(shù)據(jù)進行重新傳輸，傳輸接口使用光模式或光隔離。設(shè)備之間的接口盡可能使用光接口。由于光纖抗電磁干擾能力強，且近年光器件價格大幅下降，因此，使用光接口在提高傳輸可靠性的同時也降低了設(shè)備開發(fā)成本。設(shè)備電源部分增加多級濾波元器件。電源是電子設(shè)備運行的基礎(chǔ)，電源部分又是非常容易受電磁干擾的設(shè)備模塊，特別是220V轉(zhuǎn)化為設(shè)備使用的低壓直流電的過程中特別容易引入干擾信號，如果在電源輸入級根據(jù)發(fā)射臺干擾電磁波特性增加多級濾波器，可以有效過濾電源輸入干擾，消除或降低電源干擾對設(shè)備電路干擾的效果。2.1.2軟件抗干擾設(shè)計。發(fā)射臺自動化系統(tǒng)硬件多采樣嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，嵌入式軟件抗干擾是硬件設(shè)備抗干擾的關(guān)鍵，在軟件設(shè)計上可使用下述方法。2.1.2.1對模擬輸入信號采用數(shù)字濾波法數(shù)字濾波技術(shù)是常用的模擬信號采樣軟件抗干擾技術(shù)的一種。對采用數(shù)模轉(zhuǎn)換采集的數(shù)字信號，先根據(jù)信號的頻率特性選用合適的數(shù)字濾波算法進行數(shù)字濾波處理后再傳輸給后繼處理單元；對模擬信號數(shù)字化處理中，通過高速采樣、多次采樣判決的手段，對判決認為是干擾的采集數(shù)據(jù)直接剔除。剩余數(shù)據(jù)利用數(shù)字濾波技術(shù)，剔除模擬信號的干擾脈沖。一般簡單濾波方法有平均值濾波、中值濾波、限幅濾波和慣性濾波，復(fù)雜濾波有傅里葉變換濾波，也可以在時域和頻域同時進行處理。在實際應(yīng)用中可根據(jù)處理器的能力和抗干擾的要求視具體情況采用其中一種或多種方式。2.1.2.2對數(shù)字輸入信號采用重復(fù)檢測法輸入信號干擾是一種作用于數(shù)字信號傳遞的一種常見干擾，作用時間較短，干擾較為集中。當遇到這種干擾時，使用硬件抗干擾技術(shù)不能有效去除干擾，需要使用輸入信號重復(fù)檢測的方法。對數(shù)字信號通過多次采集取表決值，或多次采樣完全保持一致時，才能確保采集生效。2.1.2.3對數(shù)據(jù)傳輸信號采用協(xié)議校驗法自動化系統(tǒng)硬件設(shè)備具有較多的設(shè)備，每個設(shè)備內(nèi)部一般由多個模塊組成，設(shè)備之間、模塊之間都有數(shù)據(jù)和指令傳輸，為避免傳輸過程中受干擾發(fā)生錯誤，數(shù)據(jù)傳輸過程中把數(shù)據(jù)打包并附加校驗碼，接收方收到數(shù)據(jù)后先進行校驗碼檢測，如果校驗碼檢測無誤后再確認收到數(shù)據(jù)，否則進行重傳，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.1.2.4軟件編制采用攔截與“看門狗”技術(shù)當干擾進入嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的CPU或數(shù)據(jù)存儲區(qū)域時，可能使處理器數(shù)據(jù)、程序指針發(fā)生錯誤，從而使程序進入不可預(yù)測段或進入“死循環(huán)”，從而造成嵌入式系統(tǒng)程序運行混亂，可能造成設(shè)備的錯亂或系統(tǒng)“死機”，進而導(dǎo)致系統(tǒng)徹底癱瘓。解決此類問題一般采用軟件攔截和“看門狗”技術(shù)，軟件攔截也稱軟件陷阱，一般在嵌入式程序段中插入攔截代碼（陷阱代碼），攔截代碼在程序正常時不運行，當系統(tǒng)受到干擾后程序指針可能跳入到攔截代碼段，攔截代碼根據(jù)程序狀態(tài)寄存器把程序指引到正確位置或直接讓系統(tǒng)復(fù)位；“看門狗”一般解決程序進入死循環(huán)問題，嵌入式系統(tǒng)一般配置硬件計時器，當程序正常運行時必須定時對特定計時器清零，當程序進入死循環(huán)后無法對該計時器清零從而導(dǎo)致計時器中斷觸發(fā)計時器中斷程序，計時器中斷程序根據(jù)程序狀態(tài)寄存器把程序指引到正確位置或直接讓系統(tǒng)復(fù)位。也可以根據(jù)設(shè)備的重要性采取多“看門狗”的方法。軟件攔截與“看門狗”技術(shù)從軟件上對電子設(shè)備干擾發(fā)生后進行糾正，確保電子設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)有序、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。軟件抗干擾具有硬件少投入或不投入，后期可根據(jù)使用情況進行軟件升級的優(yōu)點。2.2系統(tǒng)技術(shù)方案抗干擾。要做到發(fā)射臺自動化系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，在系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計時要注重下述原則：2.2.1嚴格進行防雷設(shè)計。嚴格按照《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》進行系統(tǒng)防雷設(shè)計，雷電干擾是發(fā)射臺自動化系統(tǒng)的主要干擾源，根據(jù)該規(guī)范要求設(shè)計必須做到：自動化系統(tǒng)必須采取等電位連接與接地保護措施；自動化系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備除需要進行等電位連接接地外還需做好電磁屏蔽、浪涌保護；必要時對自動化機柜做獨立屏蔽處理。2.2.2多使用光纜、光纖傳輸信號。對超過一定長度的線纜，或經(jīng)過強干擾源的信號線纜在技術(shù)成熟，成本可接受的前提下優(yōu)先使用光纖傳輸。由于光纖的特殊物理特性，其傳輸?shù)墓庑盘柌皇茈姶艌龈蓴_。使用光纖傳輸信號可有效抵御發(fā)射臺發(fā)射機、天饋線的強電磁干擾。對不能使用光纜光纖的信號線使用高效屏蔽線纜。2.2.3冗余設(shè)計對核心設(shè)備采用雙機熱備份方式，即一主一從，當主設(shè)備發(fā)生故障時，可以啟動從設(shè)備。從設(shè)備可以和主設(shè)備一致，也可以根據(jù)資金情況降低從設(shè)備性能，當發(fā)生強干擾時啟動從設(shè)備，干擾故障排除后還原到主設(shè)備。2.3施工技術(shù)抗干擾。施工線纜選用優(yōu)質(zhì)多層屏蔽線纜，線纜敷設(shè)前進行線纜屏蔽效果檢測，檢測不合格的線纜不能使用在施工中；施工過程中強電線纜、大信號線纜、小信號電纜分開進行敷設(shè)，并保證合理間距；不同信號類型線纜使用獨立金屬套管或單獨金屬線槽隔離；施工時電纜盡可能遠離發(fā)射機、天饋線等強干擾源，無法避免時強化屏蔽和接地措施。施工過程對接地電阻盡可能達到最佳值，屏蔽電纜、光纜敷設(shè)時確保線纜屏蔽層不被損壞。接頭處保證屏蔽層焊接良好。施工時自動化系統(tǒng)設(shè)備的接地端子與發(fā)射臺地網(wǎng)焊接在一起，關(guān)鍵設(shè)備的通信線路屏蔽網(wǎng)間隔5～10m設(shè)置一個接地點，模擬信號采集線盡可能走直線，且與強干擾源保持足夠距離。

3結(jié)語

由于廣播電視發(fā)射臺站惡劣的電磁環(huán)境，發(fā)射臺自動化系統(tǒng)在建設(shè)過程中必須從系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計、方案設(shè)計、施工技術(shù)等多方面綜合考慮。特殊發(fā)射臺自動化系統(tǒng)還需要具體分析可能存在的干擾源，制定特定抗干擾方案，必要時對設(shè)備和軟件進行可抗干擾定制和測評，對建設(shè)方案進行抗干擾專項評估，在系統(tǒng)驗收時進行模擬干擾測試，確保系統(tǒng)在正式運行中最大限度抗擊抑制干擾，保證廣播發(fā)射臺站安全穩(wěn)定運行，推進了我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展。

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作者:劉衛(wèi)宏 單位:中廣電廣播電影電視設(shè)計研究院