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摘要：隨著自動化在我國廣播電視領域的不斷發展，自動化系統在發射臺的應用越來越廣泛，由于發射臺惡劣的電磁環境，直接影響自動化系統在發射臺的穩定運行，自動化系統的抗干擾能力成為系統是否合格的關鍵指標。本文從干擾來源、自動化系統設備設計、自動化方案設計、施工技術等方面，論述如何建設一套抗干擾能力強的廣播電視發射臺自動化系統。

關鍵詞：發射臺；自動化；抗干擾

廣播電視發射臺中的發射機自動化系統包含信源監測、信源切換、開路信號接收、碼流分析、節目質量監測、發射機參數采集與控制、天饋線倒換控制、安防監控、電力監控、環境監測、多畫面監測等多個子系統，系統中包含模擬信號采集設備、嵌入式信號處理硬件設備、計算機系統等，各設備、系統間需要各種信號連接，需要連接被控設備發射機，需要從被監測天饋線、節目傳輸設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射機、天饋線高頻信號的干擾，并把干擾傳輸到自動化系統中，從而影響發射臺自動化系統的正常工作，給系統的運行帶來安全隱患。為保證自動化系統能安全、穩定運行，就需要系統建設時全面分析干擾來源，在設備設計、方案設計、施工時有針對性地采用特定抗干擾技術及方法消除或降低干擾對系統的影響，進而確保最終建成的發射臺自動化系統在運行中有較高可靠性和穩定性，充分保證發射臺安全播出。

1廣播電視發射臺電磁干擾的主要來源

由于廣播電視發射臺多為高功率發射設備，發射機發射功率從幾千瓦到幾百千瓦不等，發射頻率從300kHz到1GHz。對大功率發射臺，天線發射信號是對臺內技術區自動化控制設備的主要干擾。發射臺天線具備高大天線，雷電對臺內設備影響很大。具體分析發射臺干擾主要來源有：1.1電磁波干擾。發射機是發射臺的核心設備，也是發射臺自動化系統的主要被控對象。發射機的功能是把廣播電視節目信號調制在高頻載波上，并產生高功率高頻電能輸給饋線，通過饋線把發射機發出的高頻功率信號輸送到發射天線，天線將饋線傳來的電磁波轉換為自由空間傳播的電磁波發射到覆蓋目標區域。根據發射臺設計，理想饋線不向外輻射能量，天線定向發射電磁波，不會對臺內自動化設備產生影響，但實際都會存在不同程度的電磁波泄露，形成發射臺內高頻信號的電磁干擾源。特別是在發射機旁邊、傳輸饋線兩側都存在強干擾電磁場，處在干擾電磁場內的自動化設備金屬外殼、信號傳輸導線會不同程度產生感應電動勢，進而形成電磁波脈沖干擾信號，自動化設備的電子元器都可能受到電磁波脈沖信號干擾。發射機功率越大，這些干擾脈沖的幅度越大，干擾導致控制設備產生誤動作或失靈、計算機存儲丟失、與讀寫代碼錯誤等事件發生概率提高，從而導致自動化系統故障概率也越高。1.2雷電干擾。由于發射臺多處在地勢較高或周邊空曠區域，且發射天線高大，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。對發射臺自動化系統形成干擾的主要是由直擊雷、電磁脈沖、球形雷，產生的靜電感應和磁感應。根據發射臺建設標準，發射天線都有強大的防雷系統，防雷系統可以泄放掉雷電電流，但雷電的靜電感應和磁感應會嚴重影響發射臺自動控制設備。其干擾主要通過干擾供電系統從而干擾自動化設備和直接干擾自動化設備兩種形式。1.2.1雷電對發射臺自動化供電系統的干擾。供電系統是發射臺自動化系統運行的基礎，如果供電系統受到干擾，干擾信號會通過電源進入自動化設備。按照我國發射臺建設相關標準，發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，如果感應雷直接或間接擊到其中一路市電電網時，都有可能在發射臺供電網絡線路上產生干擾過電壓電波，過電壓電波會瞬間通過供電線路進入室內交流或直流電源系統，干擾電波進而以干擾脈沖信號的形式侵入自動化系統設備。小幅度的干擾脈沖信號攜帶能量較小可瞬間導致設備運行紊亂，大幅度干擾脈沖信號如果持續時間長，攜帶能量大，可能直接燒毀設備上的脆弱元件，從而導致設備損壞。1.2.2雷電對發射臺自動化設備的直接干擾。一般，雷雨云在形成過程中會積累一定數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的自動化設備金屬殼體上就會產生大量與雷雨云攜帶相反極性的電荷，進而在設備上形成靜電電壓。當雷雨云消失時如果這些設備接地不良或沒有正確接地，設備機殼電荷不能從地線有效釋放電荷則設備上的電荷可能以電弧、脈沖電流的形式通過設備內部電路或元器件釋放，從而導致自動化設備運行紊亂或設備損壞。1.3設備輸入輸出接口干擾。自動化系統輸入輸出信號采集分為模擬信號采集和數字信號采集，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對模擬量的誤判導致系統發生錯誤操作。當數字信號受干擾時，可能引起傳輸01錯誤，導致通信失敗，嚴重導致系統誤操作。1.4電源系統干擾。一般由于發射臺耗電量較大，其供電系統也比較龐大。發射臺多為分期建設完成，經過多次增容，臺內輸電線纜多，接地方式不統一。由于發射機發射信號的特性，發射機正常工作過程中發射功率會隨發射的廣播或電視信號的特性發生較大功率波動。上述因素都有可能在發射臺電力設備、線纜周邊產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進入自動化設備干擾設備運行，設備金屬外殼上瞬間電壓在設備殼體地線接觸不良時則會直接干擾自動化設備運行。

2抗干擾措施

基于上述對發射臺自動化系統干擾源的分析，在發射臺自動化系統建設中必須從自動化系統設備設計、自動化系統方案設計、施工技術三方面采取抗干擾措施。2.1自動化系統設備設計抗干擾。2.1.1硬件抗干擾設計。發射臺自動化系統設備在設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。對輸入信號根據信號特性采取濾波方式。設計電路前對被采集信號進行頻帶預測，根據被采集信號的實際頻帶設計帶通濾波器，將非采集信號頻段外的信號過濾掉；對采用數模轉換采集的數字信號，先根據信號的頻率特性選用合適的數字濾波算法進行數字濾波處理，再傳輸給后繼處理單元。在設計線路板時，重視抗干擾設計，多采用多層電路板設計技術。電路設計遵守下述原則：信號線布置時做到弱信號和強信號分開布置、分開接地，模擬信號與數字信號分開布置、分開接地，數據總線與電源總線分開布置，多層電路單獨敷設接地層與電源層。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布置，必要時對每個分區進行單獨屏蔽處理，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。在器件優先選用抗干擾性能強的工業級元件、自帶抗干擾單元原件。設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據傳輸模式或其他已經驗證抗干擾性能強的傳輸模式，數據傳輸前進行冗余、糾錯、容錯、校驗處理，數據接收后先進行糾錯和校驗，對校驗不通過數據進行重新傳輸，傳輸接口使用光模式或光隔離。設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備開發成本。設備電源部分增加多級濾波元器件。電源是電子設備運行的基礎，電源部分又是非常容易受電磁干擾的設備模塊，特別是220V轉化為設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發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備電路干擾的效果。2.1.2軟件抗干擾設計。發射臺自動化系統硬件多采樣嵌入式系統設計，嵌入式軟件抗干擾是硬件設備抗干擾的關鍵，在軟件設計上可使用下述方法。2.1.2.1對模擬輸入信號采用數字濾波法數字濾波技術是常用的模擬信號采樣軟件抗干擾技術的一種。對采用數模轉換采集的數字信號，先根據信號的頻率特性選用合適的數字濾波算法進行數字濾波處理后再傳輸給后繼處理單元；對模擬信號數字化處理中，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據直接剔除。剩余數據利用數字濾波技術，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。在實際應用中可根據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對數字輸入信號采用重復檢測法輸入信號干擾是一種作用于數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不能有效去除干擾，需要使用輸入信號重復檢測的方法。對數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對數據傳輸信號采用協議校驗法自動化系統硬件設備具有較多的設備，每個設備內部一般由多個模塊組成，設備之間、模塊之間都有數據和指令傳輸，為避免傳輸過程中受干擾發生錯誤，數據傳輸過程中把數據打包并附加校驗碼，接收方收到數據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據，否則進行重傳，從而保證數據傳輸的可靠性。2.1.2.4軟件編制采用攔截與“看門狗”技術當干擾進入嵌入式系統內部的CPU或數據存儲區域時，可能使處理器數據、程序指針發生錯誤，從而使程序進入不可預測段或進入“死循環”，從而造成嵌入式系統程序運行混亂，可能造成設備的錯亂或系統“死機”，進而導致系統徹底癱瘓。解決此類問題一般采用軟件攔截和“看門狗”技術，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，攔截代碼根據程序狀態寄存器把程序指引到正確位置或直接讓系統復位；“看門狗”一般解決程序進入死循環問題，嵌入式系統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，當程序進入死循環后無法對該計時器清零從而導致計時器中斷觸發計時器中斷程序，計時器中斷程序根據程序狀態寄存器把程序指引到正確位置或直接讓系統復位。也可以根據設備的重要性采取多“看門狗”的方法。軟件攔截與“看門狗”技術從軟件上對電子設備干擾發生后進行糾正，確保電子設備能夠實現有序、穩定運轉。軟件抗干擾具有硬件少投入或不投入，后期可根據使用情況進行軟件升級的優點。2.2系統技術方案抗干擾。要做到發射臺自動化系統具有較強的抗干擾能力，在系統技術方案設計時要注重下述原則：2.2.1嚴格進行防雷設計。嚴格按照《建筑物電子信息系統防雷技術規范》進行系統防雷設計，雷電干擾是發射臺自動化系統的主要干擾源，根據該規范要求設計必須做到：自動化系統必須采取等電位連接與接地保護措施；自動化系統關鍵設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，或經過強干擾源的信號線纜在技術成熟，成本可接受的前提下優先使用光纖傳輸。由于光纖的特殊物理特性，其傳輸的光信號不受電磁場干擾。使用光纖傳輸信號可有效抵御發射臺發射機、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冗余設計對核心設備采用雙機熱備份方式，即一主一從，當主設備發生故障時，可以啟動從設備。從設備可以和主設備一致，也可以根據資金情況降低從設備性能，當發生強干擾時啟動從設備，干擾故障排除后還原到主設備。2.3施工技術抗干擾。施工線纜選用優質多層屏蔽線纜，線纜敷設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，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。施工時自動化系統設備的接地端子與發射臺地網焊接在一起，關鍵設備的通信線路屏蔽網間隔5～10m設置一個接地點，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結語

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

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作者:劉衛宏 單位:中廣電廣播電影電視設計研究院