中波廣播發射臺信號識別監測系統研究與核心技術分析

云南省廣播電視局昭通697臺 袁永罡

為了充分保障中波廣播信號穩定可靠播出以及應對突發事件的處理機制，如何迅速定位問題、高效處置并實時監測，基于脈內特征的信號識別監測系統的設計和建設能夠滿足現階段對于發射臺長效運行穩定性、穩定性標準與自動化、智能化要求。該系統能夠實時、準確、快速發現系統工作的異常狀態和信號傳輸的基本狀況，并通過預警機制及時處置故障問題，在有效保障了節目安全播出的基礎上，大幅提升中波廣播發射臺的工作效率，具有一定的借鑒意義。

現階段中波廣播發射臺的主要任務就是通過實時接收到的信號源，通過自建的信號傳輸機制送入發射終端（預處理、功放以及射頻終端輸出），使得廣播信號能夠穩定可靠地輸送至接收終端。考慮到中波廣播發射臺通常采用人員長期值守進行故障排查，在信號傳輸的監測過程中容易出現疏忽、遺漏以及技術手段欠缺等問題導致發射系統工作性能難以持續，可靠性以及穩定性難以保證。為了使發射臺能夠有效滿足廣域、穩定覆蓋播出任務，充分運用計算機與智能技術實現監測系統的自動化與智能化，基于脈內特征的信號識別監測系統設計與建設具有非常重要的意義，能夠對節目的安全播出進行實時監測，對發射臺系統運行狀態進行不間斷監測，保障輸出信號和設備終端的可靠運行。

1 信號識別監測系統的建設準則與設計思路

1.1 基本建設準則

（1）安全性

系統設計要求信號傳輸階段的數據安全，定向數據通道的采集終端與指令性特征的提取與分析，外部數據通道的物理隔離與加密機制要異步同效，確保系統運行的安全性與數據保密性。

（2）可靠性

在采集終端設備與電子器件的選取上，要突出性能為先，硬件上要求同類產品中性能優異，符合相關建設標準和實施規范；軟件上要功能豐富、界面友好，且方便快捷，滿足7×24h安全穩定運行的基本要求。

（3）精確性

基于特征提取的識別算法應當滿足高精度、高穩定性的基本要求，能夠實時響應數據信號的變化，預警及時準確和基本預測節目安全播出軌跡。

（4）通用性

系統整體設計應結合使用者的綜合需求和習慣，對于分析結果和顯示模式要結論清晰、數據明晰，對于故障響應機制要充分及時定位節點，便于解決問題與實時處置。

1.2 設計思路

中波廣播發射臺信號識別監測系統設計結構圖如圖1所示，通過模塊設計與需求分析，應滿足以下主要功能：

圖1 中波廣播發射臺信號識別監測系統結構圖

（1）智能預警

在發射系統正常工作中，除了輸入/輸出信號外，還會產生大量的中間數據和待檢測的參數，需要通過監控系統對相關數據進行采集、分析和存儲，在智能監控系統設計時需要將相關業務加入模塊構建，通過實時不間斷的數據分析處理對整個發射系統的運轉進行調整和優化，以達到系統穩定可靠長效運行的目的。

（2）信號監測

通過智能感知技術、認知計算等機器算法以及網絡通信、電子線路與信號處理等新型技術的運用，使得發射系統能夠全域、全時、全頻段實現自動化監控、無人化管理合理配置，并利用數據分析中的可靠結果反饋于系統運行中的各個方面，滿足系統功能的同時，科學合理配置資源和設施設備。

（3）無線傳輸

由于自動進行數據采集與處理，并通過門限設置管控相關設施設備運行的整個過程，將數據層面體現的故障隱患進行預警與智能處置；此外，還可以通過遠程終端對系統進程進行干預。安全加密機制同樣適用于監控系統，能夠自動反制非法入侵，保證具備數據安全和信息保密的能力。

（4）智能接口

由于系統建設時采取的模塊化設計、功能性區分以及接口標準技術，使得智能監控系統未來升級改造時可以直接采取任務模式，對于提升系統容量、升級傳輸速度、加大處理模式等擴展需求，只需要針對具體需求提出升級標準即可。

2 信號識別監測系統建設方案與技術分析

2.1 基本原理

信號識別監測系統通過對音頻內容的特征基因進行提取，然后將提取出來的數據通過網絡上傳到阿里云端存儲，再利用比對算法對上游和下游提取出來的基因數據進行有效比對。在保證不改變原始音頻的前提下，對特征文件內容做相似性計算并進行高效準確的比對，來驗證兩段音頻信號內容是否一致，從而判斷信號是否被篡改或者機器是否有故障。

2.2 系統建設方案研究

（1）硬件設計組成

多路信號采集作為數據處理的前提和基礎，不僅要求信號采集速度快、傳輸能力強，還需要工作穩定可靠。這里選取芯片作為采集終端主板，并將單片機作為脈內特征提取與識別算法的信號處理芯片進行功能設計和技術擴展。

信號識別監測系統通過采樣傳感識別采集16路模擬信號，即設計安裝16組智能數字變送器將采集后的模擬量變換成數字量，并實時投送到綜合顯示模塊；裝配2組串行A/D轉換器芯片，實現信號數據采集與傳輸前的準備工作；通過數據接口還可以將數據發送至一體化數據識別終端，通過一系列的分析處理，將遠程控制指令拆解分發至各個本地信號監測系統執行設置好的操作；選擇模塊通過串口直連單片機，通過設置好的信號傳輸協議和傳輸策略，確保實現單片機系統與模塊之間的遠程無線通信，即實現WIFI功能準入，便于手機/平板實現對智能監控系統的管理控制；最后，通過無線信號探測模塊實現發射臺內部信號數據監控與預警等功能，并結合AVID多波段多類串聯信號反饋開關至共享綜合顯示終端，更好地實現遠程管理與自動監控的信息反饋功能。

（2）軟件設計組成

通過ORACLE的RAC中間件集群技術可以脫離數據庫引擎技術，實現對中波發射臺內的技術應用程序和擴展接口的對接，目前應用最多的是ASE等。詳情如下：（a）結合節目安全播出的實際情況，重點對現有數據庫平臺進行集群系統設計，充分融合數據信號檢測與網絡數據庫技術，將各個數據端作為子系統拼接為集群，即系統化集群；（b）對各個子系統終端采取獨立控制與集中管理的設計思維，實現各環節間對數據資源的共享；（c）通過使用打包多類、多型ASI信源，經ASI/IP轉換為可使用的IP數字信號，經中繼傳輸設備完成遠距離數據信號傳輸；（d）基于的計算平臺能夠精準定位節目審核與預警機制，針對性設置WEB服務器相關參數與目標源，做好輔助服務器的配置。

2.3 核心技術分析

信號識別監測系統主要包括兩項關鍵技術：智能預警模塊集中式技術與信號監測模塊分布式技術。智能預警模塊集中式技術能夠實現系統根據預設參數與方案對系統工作情況的自動判斷處置；信號監測模塊分布式技術則是針對智能化處理的要求，進行實時數據采集、工作模式管理以及遠程終端干預等。無線發射臺站智能監控系統設計的核心關鍵就是主控設備的設計搭建與系統功能的擴展應用，確保滿足發射臺穩定運行時所需的基本要求和相應條件，如圖2所示。

圖2 信號識別監測系統核心技術模塊示意圖

（1）智能預警模塊集中式設計

智能預警集中式設計是實現信號智能識別與監測的核心所在，在系統建模時可以初步將多維、多類參數與實測數據進行標準化分類，并在輸出形式上采取不同表現方式即可，從而有效實現結構分散、功能一致的集中設計與統一監管。從控制論的思路考慮，智能預警模塊的功能實現是相互獨立且相互關聯的，能夠較好的提高智能監控的整體性能。

（2）信號監測模塊分布式設計

信號檢測的核心是微型計算機進行的數據采集，通過分布式的設計使得局部出現故障時，系統整體不會出現崩潰狀態；能夠通過不同信號傳輸設備對監控區域的切換，降低故障或干擾造成的影響，便于技術人員及時發現問題；通過遠程干預實現功能替換或設備切換，以實現對發射系統的全面監控。