广播电视天馈线无源监测系统设计探析

广播电视天馈线无源监测系统设计探析

摘要:本文介绍了为解决广播电视传输发射过程中存在的问题而设计的天馈线无源监测系统,阐述了系统的硬件组成和软件的主要功能,并对软件功能界面的操作方法进行了介绍。

关键词:广播电视硬件组成天馈监测系统软件功能界面操作

1引言

天馈系统的安全稳定运行,对广播电视信号的安全播出非常重要。首先,它是广播电视信号与电磁场转换的特殊工具,离开天馈系统无线信号的传输将无法完成;其次,天馈系统大多安装在户外,日常巡视检查往往被忽略,通常是在进行季检或年检时才进行检查,从而有些故障无法及时发现并予以解决,导致停播事故的发生。本文提出一种应用自动化检测手段,实现广播电视播出天馈系统的检测,其中,包括多工器、开关板、主馈、功分器、分馈以及天线单元等各重要节点的运行参数检测,并通过图形界面直观显示,使值班人员实时掌握天馈系统的运行情况。当出现异常情况时,可精准判断故障点、及时解决故障问题,确保天馈线系统的安全播出,极大程度地减少因天馈系统的故障而造成的停播事故。在出现问题时,可在第一时间判断故障点,并进行解决,对广播电视系统的安全稳定运行有着极大的辅助作用。

2系统分析

广播电视天馈系统的运行参数,主要包括入射功率、反射功率以及由此计算所得出的驻波比。我们将按照国家相关安全行业标准以及企业软件开发的标准,并结合多年工作经验,设计天馈线自动化检测系统。系统在不影响原有设备运行的前提下,通过旁路方式采集、解析数据,实现天馈系统运行参数监测,并使其以更直观的数据和图形可视化的方式展现在显示器上,同时还可实现历史数据分析、异常数据报警、历史数据查询、远程监测等功能。本系统的使用,可进一步提升台站的自动化和智能化水平。

3系统组成及设计

系统整体由硬件检测设备与软件系统两部分组成,通过预先设定各节点的门限值,实现发射台天馈线系统数据的实时检测,为天馈系统正常运行提供保障。

3.1硬件组成

系统硬件主要由信号监测设备、信号处理器以及数据显示报警设备等组成。信号监测设备安装于各检测节点,采集其入射功率与反射功率,并通过有线传输方式,将各节点数据传输给信号处理器,通过处理器得到各节点的驻波比,并进行实时记录;在数值显示报警设备中,实时显示系统中各节点的入射功率、反射功率以及驻波比数据,并在数据出现异常后,立即报警,并直观显示故障节点位置,以便技术人员及时处理。一副四层四面天馈系统监测原理示意图如图1所示。发射机输出RF信号后,通过双工器、开关板、主馈、功分器、分馈以及天线单元,将RF信号通过无线方式传播出去。信号监测设备安装于各个重要节点,最后通过有线传输方式,将数据汇聚到信号处理器,再通过信号显示设备将天馈系统运行参数实时显示出来。(1)信号监测设备信号监测设备即信号采集器,安装于各采集点的馈管中,由耦合检测单元和模拟信号转换电路等组成,信号监测设备通过法兰盘对接方式接入到馈管中,耦合器耦合得到的数据均为模拟信号,需经模数信号转换电路转换为RS-485接口所需要的数字信号,实现数据通信。RS-485接口具有传输距离远,多个设备可共享一条传输链路以及通过RS-485接入设备,可实现扩展接口功能等优点。(2)信号处理器信号处理器主要完成信号采集器的数据收集、分析、存储等功能,提供多个RS-485接口,实现数据收集。在处理器中,通过分析计算,得到各节点的驻波比,并将数据实时记录在数据库中,信号处理器向外提供网络服务,处于同一网络中的电脑,可通过访问IP地址方式,显示实时数据或查询历史数据。(3)数据显示报警设备数据显示报警设备是一套装有本系统监测软件的电脑,通过接入网络,将监测数据进行显示,实现天馈系统的实时监测。

3.2系统软件组成

系统软件基于Java语言开发,采用B/S架构,同一网络内任何一台电脑均可通过IP地址访问、管理与异常数据报警。软件功能主要包括历史数据查询、故障位置判断、数据存储管理、状态显示及管理等。系统为增强兼容型,预留了RS-485接口、RS-232接口、USB接口以及RJ-45接口,在保证功能运行稳定前提下,通过各种接口,与目前大多软件系统对接,使广播电视发射台站实现一套平台可集合所有系统。天馈线无源监测系统的具体系统软件的功能界面如图2所示。3.2.1状态显示及管理。点击功能界面中的“状态显示及管理”图标,进入天馈线监测状态显示界面。该界面为系统的主页,在显示界面中,可显示所检测的所有节点的运行情况,界面通过表头方式,将数据直观显示,不同颜色代表不同属性,比如:绿色表示正常,黄色表示临界值,红色表示异常。各项数值阀值可根据具体情况自行设定,当有异常数据时,则会有报警数据显示,相应报警喇叭也会发出报警声。主页可根据上面一行的选项,选择检测画面、参数设置、历史曲线、历史报表、报警设置等,用户可通过图3中下方的“数据显示”“故障定位”“存储管理”以及“历史数据”按钮进入相应功能页面。3.2.2数据存储。数据存储采用MySQL数据库存储,数据库规划6个字段,分别是:检测点编号,用字母N表示;是否在线,用字母Y表示;入射功率,用字母P表示;反射功率,用字母F表示;驻波比用字母S表示;时间,用字母T表示,具体数据库格式如表1所示。表1中,在线Y为“1”,表示该节点对于采集器在线,通信正常,Y为“0”,表示该设备通信异常,无法通信;当无法采集到数据时,系统在该节点对应字段显示“NO”并将该格标红;时间T为“2020/02/12/14/30”,表示2020年2月12日14时30分时所采集的数据。3.2.3故障位置判断。故障位置判断,是在各节点工作正常的基础上,对天馈系统可能出现的故障点或范围进行判断分析,大致确定故障位置。系统通过天馈系统监测软件故障显示界面,可查看故障位置,使维修人员有的放矢,不至于盲目寻找故障,具体如图4所示。3.2.4历史数据查询。用户通过点击天馈监测系统状态显示界面中“历史数据”按钮,可进行历史数据查询,主要提供天馈系统历史数据查询功能,包括按列表查询、节点位置查询、按时间查询、按数据范围查询等,为用户提供数据支持,以便作出科学合理检修维护计划。

4结束语

本文介绍了一套用于广播电视发射的天馈线无源监测系统,该系统整体可分为三层结构,第一层为数据采集层,主要包括天馈系统中各重要节点的入射与反射数据的采集;第二层是数据传输分析层,主要由RS-485传输网络以及信号处理器组成,完成数据的收集以及分析存储功能,并为用户访问提供各种接口;第三层为应用层,主要是软件平台,用户通过软件可直接访问信号处理器的所有数据,并通过友好的用户操作界面,为用户提供管理操作。系统采用传统抗干扰能力较强的RS-485传输方式,融入了现代化的人工智能技术,并结合广播电视发射台实际情况设计。该系统的建设与使用,可极大地提高广播电视发射台的安全播出能力,降低事故处置时间,减轻值班员的工作强度,提高发射台整体工作效率。

作者:王天柱 单位:山西广播电视无线管理中心228台