中波广播发射台信号识别监测系统研究与核心技术分析

云南省广播电视局昭通697台 袁永罡

为了充分保障中波广播信号稳定可靠播出以及应对突发事件的处理机制，如何迅速定位问题、高效处置并实时监测，基于脉内特征的信号识别监测系统的设计和建设能够满足现阶段对于发射台长效运行稳定性、稳定性标准与自动化、智能化要求。该系统能够实时、准确、快速发现系统工作的异常状态和信号传输的基本状况，并通过预警机制及时处置故障问题，在有效保障了节目安全播出的基础上，大幅提升中波广播发射台的工作效率，具有一定的借鉴意义。

现阶段中波广播发射台的主要任务就是通过实时接收到的信号源，通过自建的信号传输机制送入发射终端（预处理、功放以及射频终端输出），使得广播信号能够稳定可靠地输送至接收终端。考虑到中波广播发射台通常采用人员长期值守进行故障排查，在信号传输的监测过程中容易出现疏忽、遗漏以及技术手段欠缺等问题导致发射系统工作性能难以持续，可靠性以及稳定性难以保证。为了使发射台能够有效满足广域、稳定覆盖播出任务，充分运用计算机与智能技术实现监测系统的自动化与智能化，基于脉内特征的信号识别监测系统设计与建设具有非常重要的意义，能够对节目的安全播出进行实时监测，对发射台系统运行状态进行不间断监测，保障输出信号和设备终端的可靠运行。

1 信号识别监测系统的建设准则与设计思路

1.1 基本建设准则

（1）安全性

系统设计要求信号传输阶段的数据安全，定向数据通道的采集终端与指令性特征的提取与分析，外部数据通道的物理隔离与加密机制要异步同效，确保系统运行的安全性与数据保密性。

（2）可靠性

在采集终端设备与电子器件的选取上，要突出性能为先，硬件上要求同类产品中性能优异，符合相关建设标准和实施规范；软件上要功能丰富、界面友好，且方便快捷，满足7×24h安全稳定运行的基本要求。

（3）精确性

基于特征提取的识别算法应当满足高精度、高稳定性的基本要求，能够实时响应数据信号的变化，预警及时准确和基本预测节目安全播出轨迹。

（4）通用性

系统整体设计应结合使用者的综合需求和习惯，对于分析结果和显示模式要结论清晰、数据明晰，对于故障响应机制要充分及时定位节点，便于解决问题与实时处置。

1.2 设计思路

中波广播发射台信号识别监测系统设计结构图如图1所示，通过模块设计与需求分析，应满足以下主要功能：

图1 中波广播发射台信号识别监测系统结构图

（1）智能预警

在发射系统正常工作中，除了输入/输出信号外，还会产生大量的中间数据和待检测的参数，需要通过监控系统对相关数据进行采集、分析和存储，在智能监控系统设计时需要将相关业务加入模块构建，通过实时不间断的数据分析处理对整个发射系统的运转进行调整和优化，以达到系统稳定可靠长效运行的目的。

（2）信号监测

通过智能感知技术、认知计算等机器算法以及网络通信、电子线路与信号处理等新型技术的运用，使得发射系统能够全域、全时、全频段实现自动化监控、无人化管理合理配置，并利用数据分析中的可靠结果反馈于系统运行中的各个方面，满足系统功能的同时，科学合理配置资源和设施设备。

（3）无线传输

由于自动进行数据采集与处理，并通过门限设置管控相关设施设备运行的整个过程，将数据层面体现的故障隐患进行预警与智能处置；此外，还可以通过远程终端对系统进程进行干预。安全加密机制同样适用于监控系统，能够自动反制非法入侵，保证具备数据安全和信息保密的能力。

（4）智能接口

由于系统建设时采取的模块化设计、功能性区分以及接口标准技术，使得智能监控系统未来升级改造时可以直接采取任务模式，对于提升系统容量、升级传输速度、加大处理模式等扩展需求，只需要针对具体需求提出升级标准即可。

2 信号识别监测系统建设方案与技术分析

2.1 基本原理

信号识别监测系统通过对音频内容的特征基因进行提取，然后将提取出来的数据通过网络上传到阿里云端存储，再利用比对算法对上游和下游提取出来的基因数据进行有效比对。在保证不改变原始音频的前提下，对特征文件内容做相似性计算并进行高效准确的比对，来验证两段音频信号内容是否一致，从而判断信号是否被篡改或者机器是否有故障。

2.2 系统建设方案研究

（1）硬件设计组成

多路信号采集作为数据处理的前提和基础，不仅要求信号采集速度快、传输能力强，还需要工作稳定可靠。这里选取芯片作为采集终端主板，并将单片机作为脉内特征提取与识别算法的信号处理芯片进行功能设计和技术扩展。

信号识别监测系统通过采样传感识别采集16路模拟信号，即设计安装16组智能数字变送器将采集后的模拟量变换成数字量，并实时投送到综合显示模块；装配2组串行A/D转换器芯片，实现信号数据采集与传输前的准备工作；通过数据接口还可以将数据发送至一体化数据识别终端，通过一系列的分析处理，将远程控制指令拆解分发至各个本地信号监测系统执行设置好的操作；选择模块通过串口直连单片机，通过设置好的信号传输协议和传输策略，确保实现单片机系统与模块之间的远程无线通信，即实现WIFI功能准入，便于手机/平板实现对智能监控系统的管理控制；最后，通过无线信号探测模块实现发射台内部信号数据监控与预警等功能，并结合AVID多波段多类串联信号反馈开关至共享综合显示终端，更好地实现远程管理与自动监控的信息反馈功能。

（2）软件设计组成

通过ORACLE的RAC中间件集群技术可以脱离数据库引擎技术，实现对中波发射台内的技术应用程序和扩展接口的对接，目前应用最多的是ASE等。详情如下：（a）结合节目安全播出的实际情况，重点对现有数据库平台进行集群系统设计，充分融合数据信号检测与网络数据库技术，将各个数据端作为子系统拼接为集群，即系统化集群；（b）对各个子系统终端采取独立控制与集中管理的设计思维，实现各环节间对数据资源的共享；（c）通过使用打包多类、多型ASI信源，经ASI/IP转换为可使用的IP数字信号，经中继传输设备完成远距离数据信号传输；（d）基于的计算平台能够精准定位节目审核与预警机制，针对性设置WEB服务器相关参数与目标源，做好辅助服务器的配置。

2.3 核心技术分析

信号识别监测系统主要包括两项关键技术：智能预警模块集中式技术与信号监测模块分布式技术。智能预警模块集中式技术能够实现系统根据预设参数与方案对系统工作情况的自动判断处置；信号监测模块分布式技术则是针对智能化处理的要求，进行实时数据采集、工作模式管理以及远程终端干预等。无线发射台站智能监控系统设计的核心关键就是主控设备的设计搭建与系统功能的扩展应用，确保满足发射台稳定运行时所需的基本要求和相应条件，如图2所示。

图2 信号识别监测系统核心技术模块示意图

（1）智能预警模块集中式设计

智能预警集中式设计是实现信号智能识别与监测的核心所在，在系统建模时可以初步将多维、多类参数与实测数据进行标准化分类，并在输出形式上采取不同表现方式即可，从而有效实现结构分散、功能一致的集中设计与统一监管。从控制论的思路考虑，智能预警模块的功能实现是相互独立且相互关联的，能够较好的提高智能监控的整体性能。

（2）信号监测模块分布式设计

信号检测的核心是微型计算机进行的数据采集，通过分布式的设计使得局部出现故障时，系统整体不会出现崩溃状态；能够通过不同信号传输设备对监控区域的切换，降低故障或干扰造成的影响，便于技术人员及时发现问题；通过远程干预实现功能替换或设备切换，以实现对发射系统的全面监控。