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基于頻帶分解的中波發(fā)射機播出信號失真故障檢測方法

2023-02-26 09:36
中國科技縱橫 2023年24期
關鍵詞:頻帶中波發(fā)射機

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)射機運行的過程中,其輸出的信號需要保持相對穩(wěn)定的狀態(tài),只有這樣才能切實保障播出質(zhì)量[1]。但是,通過對實際中波發(fā)射機播出信號狀態(tài)進行分析發(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,運用科學有效的檢測技術(shù)成為關系中波發(fā)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(xiàn)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(fā)射機原理,同時對整個發(fā)射機硬件連接結(jié)構(gòu)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(fā)射機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)射機播出信號的特點,將頻帶分解技術(shù)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(fā)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(jié)果,分析中波發(fā)射機播出信號失真故障檢測方法的應用效果。

1 中波發(fā)射機播出信號失真故障檢測方法設計

1.1 中波發(fā)射機信號頻帶分解結(jié)構(gòu)設置

當中波發(fā)射機播出信號出現(xiàn)失真故障時,大多是以模擬信號的采集為起點,通過分析信號重建的過程實現(xiàn)對信號狀態(tài)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(xiàn)有指標參數(shù)的限制。針對這一特性,在對中波發(fā)射機信號進行頻帶分解處理時,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時域范圍內(nèi)的信號進行重構(gòu)處理。在具體的實施過程中,主要應用到的裝置包括數(shù)字濾波器組和模擬濾波器組。

首先,假設獲取到的中波發(fā)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(fā)射機發(fā)射信號的頻率。需要注意的是,采樣率主要受中波發(fā)射機發(fā)射信號的頻率影響。因此,在實際的執(zhí)行過程中,可能會出現(xiàn)采樣率不足而達不到理想值的狀態(tài)。針對該問題,對每一路DAC 的采樣率進行迭代設置,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)射機的輸入信號x[n]而言,利用圖1 所示的設置方式,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],對應的采樣率也與式(1)的計算結(jié)果保持一致。在此基礎上,為了確保中波發(fā)射機的輸入信號能夠在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表示在目標時域范圍內(nèi)信號對應的頻域參數(shù)。

按照上述方式完成對中波發(fā)射機播出信號的處理,考慮到零階保持對于信號狀態(tài)的擾動,中波發(fā)射機輸出信號會出現(xiàn)相應的變化。以保持函數(shù)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(xiàn)不同程度的衰減,最終的零點位置與DAC 采樣率的整數(shù)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(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搬移位置。

按照上述方式,完成對中波發(fā)射機信號頻帶分解結(jié)構(gòu)的設置,為后續(xù)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(fā)射機信號頻帶分解結(jié)構(gòu)的設置后,對信號失真故障的檢測主要是根據(jù)目標時域內(nèi)信號的特征實現(xiàn)的。通過對原始的中波發(fā)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(nèi),其都具有絕對可積的屬性。在此基礎上,經(jīng)傅里葉變換后的中波發(fā)射機信號可以表示為:

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(xiàn)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(fā)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(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(nèi)信號特征的目的。其中,窗函數(shù)的設置方式可以表示為:

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,實現(xiàn)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(nèi)的故障信號,d表示允許信號波動范圍。

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

2 測試與分析

2.1 測試環(huán)境

在對本文設計的基于頻帶分解的中波發(fā)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(xiàn)階段中波廣播發(fā)射系統(tǒng)中應用設備的實際情況,將AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機作為測試設備,作為一種國內(nèi)生產(chǎn)的中波廣播發(fā)射系統(tǒng)應用機型,其具有廣泛的應用范圍。AM103S5-Ⅲ型數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)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(fā)射機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(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(wěn)定的狀態(tài),恒定均值為23V。在此基礎上,對中波發(fā)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(diào)整實現(xiàn),使1A 和1B 均處于滿負荷工作狀態(tài),對應的電壓參數(shù)為115V。在具體的實現(xiàn)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(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(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(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(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,且本文設計方法檢測結(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(jié)果誤差均在0.10V 以內(nèi),但是當實際輸出信號為20.5V 時,不同指標的檢測結(jié)果誤差均達到了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)射機播出信號失真故障檢測方法可以實現(xiàn)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(jié)語

信號失真故障作為中波發(fā)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(zhì)量的重要基礎。研究基于頻帶分解的中波發(fā)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(fā)射機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。

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