基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法

曲 珍

（西藏自治区广播电视局下察隅中波转播台，西藏林芝 860000）

0 引言

在中波发射机运行的过程中，其输出的信号需要保持相对稳定的状态，只有这样才能切实保障播出质量[1]。但是，通过对实际中波发射机播出信号状态进行分析发现，信号失真故障是较为常见的故障类型之一[2]。针对这一问题，运用科学有效的检测技术成为关系中波发射机运行效果的关键。一般情况下，信号失真故障的检测是以故障现象为基础开展的，按照逐级排查的方式确定好具体的故障位置[3]。为保障这一检测方式的可靠性，必须熟练掌握中波发射机原理，同时对整个发射机硬件连接结构有充分的了解[4]。以理论指导为基础，可以在极大程度上提高对中波发射机播出信号失真故障的排查效果[5]。现阶段，较为常见的故障查找方法主要有排除法、替代法、重演法、剥离法，提高对中波发射机播出信号失真故障检测的精度成为新的研究方向[6]。结合中波发射机播出信号的特点，将频带分解技术应用到信号失真故障检测的研究中，具有可观的研究价值[7]。

基于此，提出基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法，并设置对比测试，通过分析不同检测方法的测试结果，分析中波发射机播出信号失真故障检测方法的应用效果。

1 中波发射机播出信号失真故障检测方法设计

1.1 中波发射机信号频带分解结构设置

当中波发射机播出信号出现失真故障时，大多是以模拟信号的采集为起点，通过分析信号重建的过程实现对信号状态的分析。但是在实际的故障检测阶段，部分信号时域的表达式为已知量，使任意采样率下的波形序列获取方式不再受现有指标参数的限制。针对这一特性，在对中波发射机信号进行频带分解处理时，引入数字滤波器装置，借助DAC 将信号转换到模拟域，利用模拟滤波器对目标时域范围内的信号进行重构处理。在具体的实施过程中，主要应用到的装置包括数字滤波器组和模拟滤波器组。

首先，假设获取到的中波发射机播出信号对应的序列为x[n]，在采集信号的过程中，对采样率的设置方式可以表示为：

其中，fs表示采样率，Ts表示中波发射机发射信号的频率。需要注意的是，采样率主要受中波发射机发射信号的频率影响。因此，在实际的执行过程中，可能会出现采样率不足而达不到理想值的状态。针对该问题，对每一路DAC 的采样率进行迭代设置，DAC 基本结构示意图如图1 所示。

图1 DAC基本结构示意图

对于中波发射机的输入信号x[n]而言，利用图1 所示的设置方式，在数字滤波器Fm(z)的作用下，其最终输出的信号形式将转换为xp,m[n]，对应的采样率也与式（1）的计算结果保持一致。在此基础上，为了确保中波发射机的输入信号能够在DAC 中得到有效转换，以离散模式对其进行采样是十分必要的，具体的处理方式可以表示为：

其中，xp,m[n]表示离散模式下中波发射机的输入信号，s[n] 表示DAC 对信号的转换作用，λ表示归一化的角频率参数，a表示常数，M表示在目标时域范围内信号对应的频域参数。

按照上述方式完成对中波发射机播出信号的处理，考虑到零阶保持对于信号状态的扰动，中波发射机输出信号会出现相应的变化。以保持函数的主瓣范围为基础，信号频率的增加带来的直接影响就是信号的幅值会出现不同程度的衰减，最终的零点位置与DAC 采样率的整数倍所在位置一致。由此导致直接利用滤波器组对其该部分衰减进行处理时，零点位置难以得到有效补偿。针对该问题，在上述信号频带分解的基础上，通过引入混频器实现对频谱的搬移处理，将重构滤波器的通带作为DAC 输出主要能量频段的目标搬移位置。

按照上述方式，完成对中波发射机信号频带分解结构的设置，为后续的信号失真故障检测提供可靠的基础和保障。

1.2 信号失真故障检测

在完成对中波发射机信号频带分解结构的设置后，对信号失真故障的检测主要是根据目标时域内信号的特征实现的。通过对原始的中波发射机信号进行频带分解处理后，对于任意一个时域信号而言，在目标时域内，其都具有绝对可积的属性。在此基础上，经傅里叶变换后的中波发射机信号可以表示为：

按照式（4）所示的方式，经过傅里叶变换后的中波发射机信号将以相对独立的形式存在，此时借助时频分析的方式即可实现对信号局部特征的准确检测。但是需要注意的是，由于傅里叶变换面向的目标是中波发射机播出的所有信号，直接利用其对失真信号故障进行检测分析时，不仅涉及计算量相对较大的问题，而且对应的时间开销需求也会影响检测结果的时效性。因此，在检测分析过程中引入窗函数，对被测信号进行加窗处理，将原始信号分解为由若干个小的间隔组成的形式。在此基础上，利用傅里叶变换，对每个时间的间隔进行分析，达到确定该间隔内信号特征的目的。其中，窗函数的设置方式可以表示为：

其中，f(t)表示窗函数，k表示常数，该参数的大小决定了原始信号分解后间隔的大小。通过这样的方式，实现对信号的分解处理。在此基础上，信号失真故障的检测方式可以表示为：

其中，y(t)表示单位时间间隔内的故障信号，d表示允许信号波动范围。

按照这样的方式，实现对中波发射机播出信号失真故障的检测。

2 测试与分析

2.1 测试环境

在对本文设计的基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法实际应用效果进行分析的过程中，充分考虑现阶段中波广播发射系统中应用设备的实际情况，将AM103S5-Ⅲ型数字循环调制中波广播发射机作为测试设备，作为一种国内生产的中波广播发射系统应用机型，其具有广泛的应用范围。AM103S5-Ⅲ型数字循环调制中波广播发射机信号放大模块的原理框图如图2 所示。

图2 中波广播发射机信号放大模块原理框图

对测试AM103S5-Ⅲ型数字循环调制中波广播发射机的配置情况进行分析可以看出，多用表主电压正常指示参数为115V，1A、1B 均为主电压的供给推动级模块。其中，1A 的电压参数正常范围为40 ～80V，初始状态下1B 的电压参数值为0V。当推动器输出激励低于正常值时，供给到1B 部分的电压逐渐增加至最大值（115V）。当推动器输出激励高于正常值时，供给到1B 和1A 部分的电压逐渐减小至最小值（0V）。通过这样的方式，使推动器射频输出激励信号始终保持在相对稳定的状态，恒定均值为23V。在此基础上，对中波发射机播出信号失真故障进行设置，主要通过对推动器的输出信号幅度进行适应性调整实现，使1A 和1B 均处于满负荷工作状态，对应的电压参数为115V。在具体的实现过程中，设置示波器装置，用于测量3 块推动器功放模块的实际输出信号。

2.2 测试结果

在测试过程中，为了更加直观、全面地对基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法应用效果作出分析，为测试设置对照组，对应的检测方法分别为以多级奇异值分解为基础的检测方法、以IFOA-GRNN 为基础的检测方法。在相同测试环境下，3 种不同检测方法对于信号失真故障的检测结果如表1 所示。

表1 不同方法测试结果统计表

结合表1 中的测试结果，对3 种不同检测方法的检测效果进行分析可以发现，随着AM103S5-Ⅲ型数字循环调制中波广播发射机输出信号的失真程度逐渐提高，3 种检测方法对于不同检测指标的检测结果与信号特征曲线的偏离程度逐渐加大。其中，对于信号基波特征值与标准曲线之间的偏离距离，多级奇异值分解检测方法的最大值达到了1.462V，IFOA-GRNN 检测方法也达到了1.0V 以上。相比之下，本文方法的偏离距离始终稳定在0.70V 以内。对谐波特征值和高阶能量特征值的检测结果进行分析，其也表现出了与信号基波特征值相似的发展趋势，且本文设计方法检测结果的优势较为明显。不仅如此，从整体角度进行分析，随着实际输出信号失真程度的逐渐加重，多级奇异值分解检测方法和IFOA-GRNN 检测方法的检测效果下降程度也更加明显。当实际输出信号为22.5V 时，不同指标的检测结果误差均在0.10V 以内，但是当实际输出信号为20.5V 时，不同指标的检测结果误差均达到了1.0V 以上。因此，本文方法的检测结果更加稳定，基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法可以实现对信号失真故障的准确检测，具有良好的实际应用价值。

3 结语

信号失真故障作为中波发射机运行过程中较为常见的一种故障类型，对其作出及时准确检测是保障播出信号质量的重要基础。研究基于频带分解的中波发射机播出信号失真故障检测方法，并通过对比测试的方式分析验证了设计检测方法对于中波发射机播出信号失真故障检测结果的可靠性，希望可以为中波发射机播出信号质量的管理提供有价值的帮助，最大限度降低由于信号失真问题带来的播出问题。未来，可以进一步加深对不同程度信号失真对应的差异化故障检测设计，以扩大检测方法的应用范围、提升应用效果。