地球站自動日凌處置系統

+ 石永錄 劉春輝（山西廣播電視衛星地球站）

地球站自動日凌處置系統

+ 石永錄 劉春輝（山西廣播電視衛星地球站）

本文來源于該項目的研制實踐，針對地球站實際工作中遇到的日凌干擾問題，提出了智能處置方案，實現了自動值班預警日凌干擾、地球站功率自動增益系統和天線自動跟蹤系統自動規避日凌干擾的目標，提升了安全播出應急保障能力。

衛星傳輸 日凌干擾 自動處置

0 引言

衛星廣播傳輸開放式的無線傳輸方式容易受到自然環境影響，這些干擾對電視節目播出安全的影響十分嚴重,日凌就是其中之一。日凌中斷每年會發生兩次，每次持續約十幾天。這種現象是一種客觀現象，影響不能完全消除，它會影響到地球站衛星電視信號的接收，對各省地球站配備的功率自動增益系統和衛星信標接收設備將產生嚴重影響，因此日凌期開始前，各衛星公司會通過國家廣電總局向各級衛星地球站下發詳細的日凌時段表，以便于各站人工處置，及時規避其干擾。

為更加準確有效的處置日凌干擾，我站自行研發了地球站自動日凌處置系統，利用自動控制技術，實現了無人工干預的、上行傳輸鏈路設備自動規避日凌的目標。

1 日凌簡介

對于從事廣電傳輸行業的人來說，日凌是一個熟悉的現象，它是太陽輻射在春秋分前后的一段時間內對衛星通信，尤其是地球同步軌道衛星通信，產生嚴重干擾的一種現象。當太陽和地球站位于衛星兩側并在同一條直線上，此時太陽各種噪聲直接進入地球站天線，大大抑制了衛星的信號，造成嚴重干擾，甚至信號中斷，形成日凌現象。各地球站所處的地理位置不同，所以日凌發生的日期和時間都不一樣。日凌期計算方法多種多樣且非常成熟，這里不再贅述。

2 系統介紹

針對日凌問題，我們拓展原有監控系統，規范化處理流程，實現了用計算機自動處置上行鏈路日凌干擾的問題。

圖1 自動日凌處置系統框圖

2.1 工作原理

通過串口服務器接入原有監控系統的日凌處置工控機，既負責日凌期的計算、校正，又負責在日凌期控制上行鏈路受干擾設備規避干擾，實現了處置過程的自動化。

系統采用日凌算法生成100年的日凌期，并通過多種方法進行校正。在日凌期系統會結合衛星接收解碼器送來的節目信噪比信息自動識別日凌的開始和結束，并生成日凌干擾信息。

日凌處置系統根據日凌干擾信息生成預警信息，并發送給值班報警系統，以便提醒值班員密切觀察日凌干擾。日凌干擾信息直接送往抗干擾功率自動增益系統。該系統內置的干擾信息判斷邏輯會使用該信息主動規避日凌干擾；日凌處置系統根據日凌干擾信息生成并發送天線跟蹤啟、停指令，來控制天線自動跟蹤系統規避日凌干擾。

2.2 軟件介紹

本系統軟件利用衛星通訊原理提供的日凌期算法，從理論上計算出日凌時間表。利用微波通訊技術中的衛星接收節目信噪比變化，實際監測到日凌起止時刻。綜合比對理論日凌時刻表和實測日凌起止時刻生成干擾信息及相應的控制命令。日凌處置系統運用網絡通訊技術向上行傳輸系統傳遞信息或指令，實現規避日凌干擾的目標。下面我們就具體介紹這些軟件模塊。

1）邏輯功能模塊

本系統軟件分2大部分：計算程序、自動處置程序。為具有良好的人機交互界面以及應用已有的成熟算法，日凌計算程序用Javascript編程開發平臺實現；為滿足實時性的要求，日凌期自動處置程序用VC2012開發平臺實現。

2）日凌計算程序

（1) 日凌計算

(1.1)計算軟件介紹

日凌計算部分主要完成針對各種天線日凌起止時間的計算，需要設定衛星定點經度、節目下行頻率、地球站的經緯度、地球站所用天線的口徑、年份等等信息。日凌計算軟件界面如下圖所示：

當設置好衛星定點經度等信息后，點擊軟件右上角的[計算日凌]按鈕，日凌計算的結果會顯示在軟件左下角的那個文本框中，值班員可以很方便的查看日凌期的相關信息；同時結果還會被保存在計算機SSD盤指定的目錄下。

(1.2)日凌計算結果展示：

中星6B 115.5

C波段 下行頻率 3846 4199

太原 112.57 37.87

圖3 日凌計算界面

(1.3)日凌算法的誤差及校正

從上面的比對看出，采用不同的算法給出的日凌期起止時間略有差別，但是發生日凌的日期以及每日日凌最嚴重的時間是完全吻合的，而且日凌起止時間相差不到1分鐘。

我們采用下面幾種方法對日凌期進行校正：

(i)監測時間二維擴展原則。開始和結束日期各自外延3天。每日起止時間各自外延3分鐘。

圖2 日凌自動處置系統軟件邏輯模塊

舉例如下：

理論計算出的結果是：

7.3 米天線

日期 2016.10.6 12.03 ～ 12.05 2

日期 2016.10.7 12.01 ～ 12.06 5

日期 2016.10.8 12.00 ～ 12.06 6

日期 2016.10.9 12.01 ～ 12.06 5

根據二維擴展原則：

開始日期向前外延為2016.10.3日，結束日期向后外延為2016.10.12日。

每日監測時間按照最長日凌干擾時段(2016.10.8 12.00～ 12.06 6分鐘)為標準，外延為11.57 ～ 12.09.

(ii)人工校準。每次日凌開始前5天，本系統會提醒值班人員根據總局下發的日凌期校準自動生成的日凌時段。人工校準仍然遵循二維擴展原則。

(iii)自動監測校準。此功能位于日凌自動處置程序中，后面會詳細介紹。

（2)日凌期自動處置

日凌現象對地球站衛星天線的干擾是不可避免的，地球站值班員在日凌期間需要對功率自動增益系統和天線自動跟蹤系統等相關受影響設備進行相應的設置，以便主動規避日凌的不良影響。由于日凌期的起止時刻是非常精確的，而且對相關設備的處置也已經非常規范化，因此完全可以通過計算機自動完成相關工作，減輕值班員壓力，提高操作準確度。

自動處置程序被設計成驅動程序常駐在計算機的內存中,它會根據系統當前時間和SSD盤中存儲的日凌期起止時刻數據文件的內容，在每日日凌開始時刻向值班告警系統發出預警信息，結束時刻發出取消預警信息。每次預警聲光告警時間為半分鐘，以此提醒值班員密切關注日凌干擾。

在值班預警的同時，啟動自動監測校準功能。自動監測校準模塊根據發收天線接收節目信號的信噪比變化，生成日凌信息。當9m、7.3m及3米天線信號信噪比5s平均值均降至其下限值+2dB以下時，將日凌信息設定為1，反之設定為0。驅動程序通過調用串行通訊接口將日凌來臨的信息經預設串口傳給功率自動控制單元，功率自動控制單元的判斷邏輯中加入對日凌信息的分析，以此來主動規避日凌干擾；在日凌信息發生變化時，會向天線自動跟蹤單元發送不同的命令。信息由0翻轉為1時，發送停止執行自動跟蹤功能命令，由1翻轉為0時，發送啟動自動跟蹤功能命令，這樣天線自動跟蹤單元就能規避日凌干擾。

日凌自動處置驅動程序的串行通訊接口部分向指定串口發送信息。它的功能主要有兩個。一是將日凌自動處置驅動程序生成的日凌信息傳送給功率自動增益系統，二是將日凌自動處置驅動程序生成的啟動或停止指令發送給天線自動跟蹤系統。我們利用.NET Framework 2.0中提供的SerialPort類實現的串行通訊接口，包括串口通訊參數設置、串口初始化、打開、關閉及串口通信等通訊功能。

（3) 關鍵源代碼

結論

每年春秋兩次日凌干擾，是各省地球站必須要面對和妥善處置的自然環境干擾問題，處置失當會對安全播出造成影響，我們這個自動處置日凌干擾的系統，在很大程度上避免了人為操作的失誤，對其他地球站有一定的借鑒意義和推廣價值。