科學技術(shù)的發(fā)展促使各行各業(yè)得以進步，對于廣播電視行業(yè)來說亦是如此。目前，我國已基本完成有線數(shù)字電視的全覆蓋，用戶數(shù)量占據(jù)世界首位。盡管電視數(shù)字信號的輸出已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化，但信號傳輸仍然采用傳統(tǒng)的模擬信號，無法實現(xiàn)信號源端與接收端的統(tǒng)一，這是導(dǎo)致信號源端與接收端過程中出現(xiàn)故障的原因。信號轉(zhuǎn)換故障主要有靜音，靜態(tài)畫面和斷分幀等。如果伴隨聲音存在靜態(tài)幀和異?，F(xiàn)象，則表明電視信號存在技術(shù)故障，需要進一步排除。不過，如今數(shù)字電視已經(jīng)基本普及，僅僅依靠人力進行信號源端的監(jiān)測、診斷和排查，將會耗費大量人力、物力資源，因此，在科技飛速發(fā)展的今天，還應(yīng)建立一套健全的智能化系統(tǒng)代替人工完成這類工作，確保信號在電視播放過程中保持穩(wěn)定，不出現(xiàn)靜音，靜態(tài)畫面和斷幀等現(xiàn)象。下面就對如何判斷電視數(shù)字信號源故障的智能技術(shù)的進行討論。

1節(jié)目信號源的重要性

信號源是安全播出的重要環(huán)節(jié)，也是比較薄弱的環(huán)節(jié)。廣播發(fā)射電節(jié)目的安全播出至關(guān)重要，國家為安全播出制定了相關(guān)標準，為使節(jié)目信號源更穩(wěn)定可靠，廣播發(fā)射臺通過對多路節(jié)目信號源進行相互備份想要達到目的。當前，廣播發(fā)射臺的信號來源主要有4種，即數(shù)字微波、光纖、衛(wèi)星和調(diào)頻，受客觀原因影響，如光纜經(jīng)常被道路建設(shè)的挖掘機所挖斷，無線傳輸信號受天氣影響等。一旦信號源出現(xiàn)故障將會影響電視的正常播放，給電臺造成不利影響。因此，應(yīng)保障信號源的穩(wěn)定性，保障電視節(jié)目播放正常進行。

2電視數(shù)字信號源的分類及標準

2.1信號源特點。對數(shù)字電視有線電視網(wǎng)絡(luò)的信號流方向的分析，主要包括前端的播出機房，終端機頂盒，中斷傳輸網(wǎng)絡(luò)媒體。其中，前端播出機房好比人類的大腦，它占據(jù)了集成信號系統(tǒng)的核心位置，與此同時它也是信號源的發(fā)射器。2.2信號源標準。MPEG-2格式是用于電視衛(wèi)星和有線視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男旁淳幋a。AES3或AES/EUB數(shù)字接口互連標準也是數(shù)字信號使用的標準。由于線性數(shù)字音頻數(shù)據(jù)屬于川線傳輸，所以可以實現(xiàn)一步傳輸兩個信道的數(shù)字音頻。電視臺使用的標準一般是SMPTE259標準。這主要是與演播室標準相匹配的。通常，電纜的信號衰減設(shè)置在30Db以內(nèi)[1]。

3電視數(shù)字信號源故障判斷的智能技術(shù)

1前言

科學技術(shù)的發(fā)展帶動著不同的行業(yè)進步,廣播電視也迎來了新的發(fā)展機遇。如今我國基本已經(jīng)全部實現(xiàn)有線電視數(shù)字化,用戶數(shù)量位居世界第一。電視數(shù)字信號輸出的方式也實現(xiàn)了數(shù)字化,但是信號傳輸仍然是傳統(tǒng)的模擬信號,信號源端和接受端的不統(tǒng)一,使得信號轉(zhuǎn)換中有可能出現(xiàn)故障問題,出現(xiàn)無法播放、卡頓、斷幀等問題,如果出現(xiàn)伴音異常、靜幀,還說明電視信號存在技術(shù)性故障問題,需要排查。然而在如今數(shù)字電視普及的今天,完全的依靠人力去完成信號源端的監(jiān)測、診斷、排查等工作已經(jīng)有些捉襟見肘,需要一套完善的智能化系統(tǒng)來實現(xiàn)對電視信號源的故障診斷、排查,保障電視播出過程中的信號穩(wěn)定,避免出現(xiàn)靜音、斷幀、靜止等畫面問題。本文基于電視數(shù)字信號源的現(xiàn)狀和特點,分析智能化判斷的應(yīng)用,基于一定的信號判斷算法,保障節(jié)目播出的穩(wěn)定、可靠、安全。

2電視數(shù)字信號源分類和標準

(1)信號源特點。數(shù)字電視的有線電視網(wǎng)絡(luò)從其信號碼流的走向來看,其組成結(jié)構(gòu)包括了前端播出機房,中斷傳輸網(wǎng)絡(luò)媒介,末端機頂盒用戶。前端播出機房就好比人的大腦,是整個信號體系的核心環(huán)節(jié),也是信號源的發(fā)射器。(2)信號源標準。電視衛(wèi)星與有線視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男旁淳幋a都采用MPEG-2格式。數(shù)字信號采用的標準是AES3或者AES/EBU數(shù)字接口的互連標準,基于線性數(shù)字聲頻數(shù)據(jù)川行傳輸?shù)那闆r下,兩通道的數(shù)字聲頻得以傳輸。電視臺一般采用的是SMPTE259標準,這是為了匹配演播室標準,一般電纜的信號衰減在30Db以內(nèi)。

3信號源的智能判斷

3.1視頻信號智能判斷。其判斷原理是基于對每路信號源所設(shè)的一個記錄,同時在原有的模擬切換系統(tǒng)中添加音頻采集模塊,實現(xiàn)對源頭信號的對比,從中發(fā)現(xiàn)信號源的異常,同時進行大戶數(shù)智能分析研判?；诋斍皫瑪?shù)據(jù),對比前一幀數(shù)據(jù),差值大于異常判斷值,證明電視數(shù)字信號源正常,反之則表明信號源異常,有故障風險。視頻信號存在長時間的定格,所以要針對不同信號源進行對比,并考量不同信源路徑的延時的特性。如果其它信號源SourceDelay之后,幀間差大于;若是主用通道幀間差大于異常判斷并持續(xù)一定時長后恢復(fù),那么則會發(fā)送正常命令,將信號切換到主通道。這樣基于信號源的對比和分析研判,可以實現(xiàn)對視頻同步頭進行判斷,對比當前幀和前一幀,從而判斷異?，F(xiàn)場,快速的定位到原因并進行排查,3.2音頻信號智能判斷。音頻信號波動大,呈現(xiàn)出一定的規(guī)律,基于這一特點,統(tǒng)計一定時間內(nèi)波形的變化規(guī)律可以實現(xiàn)對音頻信號的判斷。如果音頻信號波動頻繁的出現(xiàn)在警告區(qū)域內(nèi),表明音頻信號將發(fā)生大概率的故障。實踐中常見的有正常音頻、靜音和解碼器死機三種表征音頻的波形狀態(tài)。通過音頻簡單判斷和區(qū)間統(tǒng)計兩種方法來進行研判。3.2.1簡單判斷。正常情況下的音頻波形起伏劇烈,音頻電平高于告警門限,基于其音頻波形特點,當出現(xiàn)音頻電平低于告警門限,可以做出研判,認為音頻信號存在異常故障問題。靜音情況下的音頻波形十分平穩(wěn),鮮有起伏,音頻電平低于告警門限,基于其音頻波形特點,當音頻電平低于告警門限,可以做出研判,認為音頻信號存在異常故障問題。當解碼器死機的情況下,其波形表現(xiàn)出規(guī)律性,類似正弦曲線,音頻電平低于告警門限為正常,反之則可以認定為信號異常。3.2.2音頻區(qū)間統(tǒng)計分析。針對正常情況下的音頻,雖然信號波形起伏較大,但音頻的峰值應(yīng)很少會出現(xiàn)在警告區(qū)域內(nèi),基于這一特點,如果音頻波形峰值高頻率的出現(xiàn)在警告區(qū)內(nèi),則表明信號異常。針對靜音音頻,波形圖幾乎沒有起伏,其音頻峰值平均曲線如果是在警告區(qū)域內(nèi),表明異常,反之則是正常。針對編碼死機情況,音頻峰值如果落在警告區(qū)內(nèi),表明信號異常。以上是通過區(qū)間統(tǒng)計的方法來判斷和描述信號是否異常,相比計較普通的判斷,統(tǒng)計區(qū)分的優(yōu)勢在于其準確性上,能夠快速的響應(yīng)并發(fā)現(xiàn)異常。3.3信號智能化監(jiān)測系統(tǒng)。智能化監(jiān)測系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),實現(xiàn)對播出系統(tǒng)內(nèi)的信號進行綜合智能監(jiān)控。包括各頻率信號的實時狀況,信號流程的顯示和監(jiān)測,故障的智能分析,直播間、總控、分控的音頻信號,視頻進行可視化操作,直觀的發(fā)現(xiàn)信號源的運行情況。音頻信號傳輸中應(yīng)急情況下可以手動切換和自動切換,因此智能化的實現(xiàn)切換過程十分關(guān)鍵。通過音頻矩陣算法可以針對信號傳輸切換進行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測、監(jiān)聽,進而對所有節(jié)目信號進行全程智能跟蹤,對信號流向路由切換和控制,提高信號源的整體安全性,保障節(jié)目信號正常并順利播出。智能化監(jiān)測系統(tǒng)具備一定的靈活性,在任意的信道都可以建立監(jiān)控計劃,設(shè)定故障報警語音提示,基于以上的智能判斷技術(shù)的分析,自動找到故障原因和故障點,并提供決策服務(wù),幫助工作人員快速的實現(xiàn)故障應(yīng)急處理,在中心控制臺顯示故障詳細信息,基于可視化的操作,技術(shù)人員可以分析研判,降低信號源故障發(fā)生率。

摘要：電視數(shù)字信號源成為了當前電視的主流信號方式，而電視數(shù)字信號源在應(yīng)用的過程中存在一定的問題，給電視節(jié)目的播出和觀看造成了一定的影響，比如說在電視播放過程中出現(xiàn)靜音、斷幀、靜止等畫面問題，所以就需要采取措施解決障礙，運用非常規(guī)的手段判斷智能信號的故障問題，排除故障，使其恢復(fù)正常。

關(guān)鍵詞：電視數(shù)字信號源；故障判斷；智能技術(shù)

1引言

無線廣播電視通過衛(wèi)星發(fā)射臺的信號，利用信號源接受電視節(jié)目，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和無線技術(shù)的不斷提升，電視數(shù)字信號輸出的方式也開始實現(xiàn)數(shù)字化，雖然電視數(shù)字信號輸出的方式實現(xiàn)了數(shù)字化，但是發(fā)射系統(tǒng)中使用的卻不是數(shù)字化信號，而是傳統(tǒng)的模擬信號。兩者的不統(tǒng)一造成在轉(zhuǎn)換的過程中會出現(xiàn)一系列的故障和問題，導(dǎo)致電視無法播放或者觀看。視頻信號是否存在平布頭和音頻電平是否高于門限值是評定模擬切換系統(tǒng)對于信號源故障問題的評定標準。如果經(jīng)常出現(xiàn)伴音異常、靜幀等問題則說明電視信號存在問題，需要進行技術(shù)研究分析，排除故障。

2電視數(shù)字信號源的分類和標準

電臺數(shù)字信號采用的標準是AES3或者AES/EBU數(shù)字接口的互連標準，運用線性數(shù)字聲頻數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)母袷剑试S在專業(yè)聲頻設(shè)備間傳輸兩通道的數(shù)字聲頻信息，其中包括非聲頻數(shù)據(jù)和聲頻數(shù)據(jù)。電視臺采用的是SMPTE259M標準，該接口標準適用于演播室內(nèi)，為正常的工作需要，電纜的信號衰減量不能超過30dB。

摘要：介紹了一種基于FPGA和DDS（DirectDigitalSynthesizer）技術(shù)的跳頻信號源實現(xiàn)方案。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，其中頻率控制字存儲在FPGA內(nèi)部RAM單元中，F(xiàn)PGA通過40針總線接口向AD9852寫入頻率控制字。該信號源具有可編程、可升級的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：DDSFPGA頻率合成器跳頻通信

在眾多的通信技術(shù)中，擴頻通信技術(shù)由于具有獨特的抗干擾能力以及寬的使用頻帶而在軍事通信領(lǐng)域倍受青睞。根據(jù)擴頻通信調(diào)制方式的不同，它可以分為直接序列擴頻方式（DS）、跳頻方式（FH）、跳時方式（FT）及兼有以上方式中二種以上的混合方式。其中跳頻通信具有保密性好、不易受遠近干擾和多徑干擾的影響等優(yōu)點，是一種很有前景的通信方式。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機碼的控制。不同的時間、不同的偽碼相位，頻率合成器產(chǎn)生的相應(yīng)頻率也不同。把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案。跳頻圖案是時間和頻率的函數(shù)，故又稱為時間－頻率矩陣，簡稱時頻矩陣。時頻矩陣可直觀描述出頻率跳變規(guī)律，如圖1所示。

跳頻圖案的設(shè)計是跳頻通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題，直接影響到跳頻系統(tǒng)的保密、抗干擾、多址等性能。一般要求跳頻圖案的周期要長，這就要求控制跳頻圖案的偽隨機碼周期要長，即移位寄存器的級數(shù)要大。

1基于FPGA和DDS技術(shù)的跳頻信號源設(shè)計

跳頻信號源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號發(fā)生器。設(shè)計一個性能優(yōu)異的跳頻信號源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于FPGA12和DDS技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計方案。指標如下：600跳／秒跳速；20個跳頻點；3．4MHz跳頻基帶；68MHz跳頻帶寬；106．78MHz～172．14MHz跳頻頻率中20個頻點。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，寫頻率控制字采用ALTARA公司的可編程邏輯器件APEX20K系列中的EP20K100，其邏輯資源為10萬門，兩者通過40針總線接口相連3。其中，F(xiàn)PGA完成存儲頻率控制字、定時寫入頻率控制字的功能，AD9852則實現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器DDS是跳頻信號源中的一個關(guān)鍵部件，其原理如圖2所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達GHz數(shù)量級；分辨率高，可達1Hz以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時鐘頻率為300MHz，并帶有兩個12位高速正交D／A轉(zhuǎn)換器、兩個48位可編程頻率寄存器、兩個14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當采用標準時鐘源時，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達每秒100×106個頻率點。在高速時鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接300MHz時鐘或外接低頻時鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時也避免了采用高頻時鐘帶來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時鐘輸入端有4～20倍可編程參考時鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時鐘60MHz，通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得300MHz內(nèi)部時鐘。300MHz的外部時鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時鐘源。AD9852采用＋3．3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在－40°C～＋85°C。

1基于FPGA和DDS技術(shù)的跳頻信號源設(shè)計

跳頻信號源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號發(fā)生器。設(shè)計一個性能優(yōu)異的跳頻信號源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于FPGA12和DDS技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計方案。指標如下：600跳／秒跳速；20個跳頻點；3．4MHz跳頻基帶；68MHz跳頻帶寬；106．78MHz～172．14MHz跳頻頻率中20個頻點。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，寫頻率控制字采用ALTARA公司的可編程邏輯器件APEX20K系列中的EP20K100，其邏輯資源為10萬門，兩者通過40針總線接口相連3。其中，F(xiàn)PGA完成存儲頻率控制字、定時寫入頻率控制字的功能，AD9852則實現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器DDS是跳頻信號源中的一個關(guān)鍵部件，其原理如圖2所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達GHz數(shù)量級；分辨率高，可達1Hz以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時鐘頻率為300MHz，并帶有兩個12位高速正交D／A轉(zhuǎn)換器、兩個48位可編程頻率寄存器、兩個14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當采用標準時鐘源時，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達每秒100×106個頻率點。在高速時鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接300MHz時鐘或外接低頻時鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時也避免了采用高頻時鐘帶來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時鐘輸入端有4～20倍可編程參考時鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時鐘60MHz，通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得300MHz內(nèi)部時鐘。300MHz的外部時鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時鐘源。AD9852采用＋3．3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在－40°C～＋85°C。

本文采用AD9852所設(shè)計的頻率合成器結(jié)構(gòu)如圖3所示。DDS模塊分成二路輸出：（1）第一路輸出

100MHz～150MHz信號；（2）第二路輸出150MHz～200MHz信號。其中DDS輸出12．5MHz～25MHz的信號，經(jīng)SWCON開關(guān)分成兩路輸出，一路輸出12．5MHz～18．75MHz信號，經(jīng)放大倍頻、濾波，輸出100MHz～150MHz信號；另一路輸出18．75MHz～25MHz的信號經(jīng)放大倍頻、濾波輸出150MHz～200MHz信號。

2FPGA與DDS接口設(shè)計

FPGA主要完成從外部向DDS寫入頻率控制字功能，其中頻率控制字存儲在FPGA內(nèi)部RAM單元中。雙方通過40針總線連接，其中信號線為：8位數(shù)據(jù)線、6位地址線、復(fù)位信號、updateclk（頻率跳變信號）、swcon（開關(guān)：高頻段和低頻段轉(zhuǎn)換信號，當swcon為低時輸出高頻段，當swcon為高時，輸出低頻段）、wr（寫信號）。

摘要：介紹了VXI總線C尺寸專用中頻信號源的設(shè)計，重點描述了VXI總線接口電路和用DDS實現(xiàn)的幅度可控的捷變頻信號源電路。該模塊已成功應(yīng)用于實際的VXI總線雷達自動測試系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：VXI信號發(fā)生器DDSFPGA

VXI總線系統(tǒng)將計算機技術(shù)、測控技術(shù)和接口技術(shù)等多種高新技術(shù)緊密結(jié)合起來，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、可靠性強等優(yōu)點，成為自動測試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺。直接數(shù)字合成技術(shù)（DDS）提供傳統(tǒng)頻率合成方法難以實現(xiàn)的高分辨率、高頻率轉(zhuǎn)換速度及相位的連續(xù)性，這使得DDS具有廣泛的應(yīng)用前景。導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭的研制及生產(chǎn)是一個相當復(fù)雜和精密的過程。為實現(xiàn)導(dǎo)引頭自動測試系統(tǒng)，研制了VXI專用信號源模塊。這里采用VXI總線專用接口芯片IT9010與可靈活配置的FPGA器件設(shè)計VXI總線接口電路，采用DDS技術(shù)直接實現(xiàn)幅度可控的中頻信號電路。

一般的雷達中頻目標回波信號可以簡單描述為：

s（t）＝∑An·rect（αt－β）cos（2πfdt＋φ）（1）

式中，An是回波起伏包絡(luò)，rect（t）是矩形函數(shù)，α、β是目標回波參數(shù)，fd、φ是回波多普勒頻率及初相。

摘要：介紹了一種基于FPGA和DDS（DirectDigitalSynthesizer）技術(shù)的跳頻信號源實現(xiàn)方案。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，其中頻率控制字存儲在FPGA內(nèi)部RAM單元中，F(xiàn)PGA通過40針總線接口向AD9852寫入頻率控制字。該信號源具有可編程、可升級的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：DDSFPGA頻率合成器跳頻通信

在眾多的通信技術(shù)中，擴頻通信技術(shù)由于具有獨特的抗干擾能力以及寬的使用頻帶而在軍事通信領(lǐng)域倍受青睞。根據(jù)擴頻通信調(diào)制方式的不同，它可以分為直接序列擴頻方式（DS）、跳頻方式（FH）、跳時方式（FT）及兼有以上方式中二種以上的混合方式。其中跳頻通信具有保密性好、不易受遠近干擾和多徑干擾的影響等優(yōu)點，是一種很有前景的通信方式。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機碼的控制。不同的時間、不同的偽碼相位，頻率合成器產(chǎn)生的相應(yīng)頻率也不同。把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案。跳頻圖案是時間和頻率的函數(shù)，故又稱為時間－頻率矩陣，簡稱時頻矩陣。時頻矩陣可直觀描述出頻率跳變規(guī)律，如圖1所示。

跳頻圖案的設(shè)計是跳頻通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題，直接影響到跳頻系統(tǒng)的保密、抗干擾、多址等性能。一般要求跳頻圖案的周期要長，這就要求控制跳頻圖案的偽隨機碼周期要長，即移位寄存器的級數(shù)要大。

1基于FPGA和DDS技術(shù)的跳頻信號源設(shè)計

跳頻信號源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號發(fā)生器。設(shè)計一個性能優(yōu)異的跳頻信號源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于FPGA12和DDS技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計方案。指標如下：600跳／秒跳速；20個跳頻點；3．4MHz跳頻基帶；68MHz跳頻帶寬；106．78MHz～172．14MHz跳頻頻率中20個頻點。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，寫頻率控制字采用ALTARA公司的可編程邏輯器件APEX20K系列中的EP20K100，其邏輯資源為10萬門，兩者通過40針總線接口相連3。其中，F(xiàn)PGA完成存儲頻率控制字、定時寫入頻率控制字的功能，AD9852則實現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器DDS是跳頻信號源中的一個關(guān)鍵部件，其原理如圖2所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達GHz數(shù)量級；分辨率高，可達1Hz以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時鐘頻率為300MHz，并帶有兩個12位高速正交D／A轉(zhuǎn)換器、兩個48位可編程頻率寄存器、兩個14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當采用標準時鐘源時，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達每秒100×106個頻率點。在高速時鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接300MHz時鐘或外接低頻時鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時也避免了采用高頻時鐘帶來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時鐘輸入端有4～20倍可編程參考時鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時鐘60MHz，通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得300MHz內(nèi)部時鐘。300MHz的外部時鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時鐘源。AD9852采用＋3．3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在－40°C～＋85°C。

1.引言

在許多工程測量中，都需要某種固定頻率的正弦信號作為激勵源，如利用模擬傳感器的輸出情況對所研制的監(jiān)測系統(tǒng)、檢測單元進行功能的驗證：或者進行采集量程的標定工作等。在這些情況下，直接采用一個性能優(yōu)越的信號發(fā)生器固然可以滿足工作要求，但是這又帶來了新的問題，一方面信號發(fā)生器是外配儀器，增加了系統(tǒng)的成本，另一方面也不便于自動化測量。利用D/A轉(zhuǎn)換器加高階濾波器的方式也可實現(xiàn)以上功能要求，但是在windows操作平臺下，對軟件技術(shù)提出了更高的要求。本文在科研項目的研究工作中恰好遇到了這樣一個問題，在信號的檢測與標定工作中需要一個120Hz、峰值從0.01V到10V可調(diào)的、失真小于1%的高精度正弦激勵信號。本文采用常規(guī)的電路實現(xiàn)了這個功能。

2.原理與實現(xiàn)過程簡述

本科研項目是基于PC-104總線的某型飛機發(fā)動機參數(shù)的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要一個用于飛機振動校準的激勵信號給定單元。經(jīng)仔細分析技術(shù)指標的要求，該單元需要一個幅值從0.01伏到10伏可調(diào)，且給定幅值穩(wěn)定、波形失真小、頻率為120Hz的交流信號源，幅值給定以0.01伏為一個間隔。如果我們利用磚碼稱重的原理，能很快地完成這一功能。顯然，信號激勵中只需要小數(shù)點后兩位，即正弦信號峰值變化范圍從10mV到10V，它有一位整數(shù)位、兩位小數(shù)位。如果我們集中實現(xiàn)一個120Hz的高精度正弦波振蕩器，然后從中取5伏、4伏、2伏、和l伏的“磚碼”信號，可以通過電子開關(guān)組合，再用加法器形成l伏到10伏之間的任意一個峰值，類似地用0.5伏、0.4伏、0.2伏和0.1伏的“磚碼”信號可以形成0.1伏到0.9伏的正弦信號，用0.05伏、0.04伏、0.02伏和0.01伏的“砝碼”信號可以形成0.01伏到0.09伏的正弦信號，這三組“砝碼”信號組合在一起則可以給出峰值從0.01伏到10伏、幅值變化臺階為0.01伏的任一峰值的正弦激勵信號，完全可以滿足工程的需要。

根據(jù)上述分析，我們設(shè)計出如圖1所示的硬件框圖。在圖1中，正弦波信號源選用MAX038芯片，其輸出正弦波頻率可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，該芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證向外提供失真度小于1%的正弦信號；為了提高信號的比例精度，所有的分壓電阻全部定制，阻值精度可達千分之一；運放選用低漂移運放LM124；電子開關(guān)選用高性能的MAX4536的4路單刀單擲開關(guān)；另外，考慮到電子開關(guān)導(dǎo)通后有幾十歐姆的壓降，為了減小其影響，在加法器中反饋電阻與累加電阻均選擇為幾十千歐左右，進一步削弱電子開關(guān)導(dǎo)通電阻在比例加法器中的影響。由于以上措施的作用，可以大幅度提高電路在實際使用中的性能。

在圖1所示電路中，電子開關(guān)為譯碼后控制，一位控制碼控制一路開關(guān)，因此電子開關(guān)的控制共需要12個數(shù)字量輸出接口，這在筆者所采用的嵌入式系統(tǒng)中是不允許的，因為沒有這么多的資源，為了進一步滿足系統(tǒng)的要求，采用單并轉(zhuǎn)換技術(shù)，用三片4位移位寄存器CT1194串聯(lián)組成一個12位的移位寄存器，框圖如圖2所示。

1綜合標準信號源的功能需求及組成結(jié)構(gòu)

作為地面氣象保障測試儀器，綜合標準信號源的組成結(jié)構(gòu)與氣象觀測傳感器的種類、信號輸出電參量、信號源功能有關(guān)[1]。為便于應(yīng)用，信號輸出通道應(yīng)該為并行輸出通道，也就是每種要素傳感器使用一個通道，不同要素傳感器信號可以同時輸出?？偨Y(jié)目前國內(nèi)主流自動氣象站所用傳感器，傳感器類型及輸出信號種類如表1所示。再考慮同類傳感器具有不同的型號，如風向、風速傳感器，不同型號的同類傳感器輸出電參量類型一致，但氣象要素值與電參量的轉(zhuǎn)換公式不同，這樣存在同一信號輸出通道不同傳感器型號選擇的功能需求[2]。另外，標準信號源應(yīng)該具有輸出值設(shè)置及運行狀態(tài)、設(shè)置信息顯示功能。自動氣象站綜合標準信號源組成結(jié)構(gòu)包括主控單元、顯示屏、操作鍵盤、各種傳感器模擬信號輸出電路及信號輸出端口，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。標準信號輸出為并行輸出設(shè)計，所有要素標準信號同時提供，所以圖1中的接口板提供了各類信號的輸出通道。圖1中的信號處理電路主要完成在核心處理器控制下的各類標準信號的選通、變換功能，詳細功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中溫度信號采用標準電阻的選通控制輸出，即溫度以特定值的形式輸出，考慮應(yīng)用的完善，特定值可以設(shè)置為：－50℃(80.31Ω)、－30℃(88.22Ω)、－10℃(96.09Ω)、0.00℃(100.00Ω)、10.0℃(103.90Ω)、30.0℃(111.67Ω)、50.0℃(119.40Ω)、80.0℃(130.90Ω)。

2綜合標準信號源硬件、軟件設(shè)計簡介

本文所述綜合標準信號源為智能化系統(tǒng)，所以硬件設(shè)計應(yīng)選擇嵌入式系統(tǒng)作為系統(tǒng)核心，應(yīng)用高性能、低功耗的微處理器STM32開發(fā)是個比較經(jīng)濟的解決方案，可以采用32位STM32F103X系列微控制器作為主控芯片，通過庫函數(shù)開發(fā)嵌入式固件程序控制外圍功能電路實現(xiàn)信號通道的輸出控制[3]。在固化程序方面，利用庫函數(shù)編程技術(shù)，程序可讀性及可擴展性強，能夠有效實現(xiàn)綜合標準信號源各項功能。程序運行流程為設(shè)備開機后，系統(tǒng)自動根據(jù)上次的設(shè)置值輸出各類信號，用戶根據(jù)鍵盤選擇要素進行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括傳感器類型、輸出值、輸出電平、串口通訊參數(shù)等，設(shè)置完成后主控單元執(zhí)行特定的程序控制外圍電路輸出用戶所需標準信號，顯示器同屏顯示正在輸出的各通道氣象要素量及對應(yīng)的電參量。綜合標準信號源一般在地面氣象觀測設(shè)備運行現(xiàn)場應(yīng)用，屬于便攜設(shè)備，所以電源模塊應(yīng)配備電池及充放電控制電路。溫度信號使用標準電阻序列，MCU根據(jù)用戶設(shè)置控制選通開關(guān)輸出特定的電阻值。氣壓、風向等傳感器模擬電壓轉(zhuǎn)換使用D/A轉(zhuǎn)換電路。蒸發(fā)傳感器模擬電流應(yīng)用D/A轉(zhuǎn)換電路配合標準電阻進行輸出。雨量脈沖信號其實是干簧管的通斷控制的開關(guān)電路，需要有激勵源的特別處理。風速、風向等脈沖或頻率信號需要應(yīng)用電平選擇控制電路。

3綜合標準信號源在地面氣象保障業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

應(yīng)用于自動氣象站采集器現(xiàn)場校準及備份采集器加電測試。首先將綜合標準信號源通過專用信號線連接到采集器，然后開機，根據(jù)自動氣象站采集器校準方法依次設(shè)置好標準信號源各要素的輸出值和通訊參數(shù)之后，再讀取采集器所采集到的各要素值或其他臺站參數(shù)等。將獲取到的采集器要素值與標準信號源輸出值進行對比來判斷該采集器是否正常[4]。應(yīng)用于自動氣象站在線故障檢測。測試儀的標準信號源可以對自動站進行在線故障檢測，一般使用排除法，依次將標準信號源輸出的信號接入自動站各個接入點，通過查看對比采集器采集到的數(shù)值與輸出的標準值來判斷故障位置，達到快速準確排除故障的目的。例如濕度故障的檢測。針對CAWS600系列和DZZ5、DZZ6自動站，當濕度出現(xiàn)故障時，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標準信號源設(shè)置好需要的濕度輸出信號并將其接入信號傳輸線，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則繼續(xù)使用標準信號源來檢查下一節(jié)點，即主采集器機箱防雷板的信號接入端，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為信號線纜故障；如不一致則將標準信號源信號直接接入采集器，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為防雷板故障，如不一致則為采集器故障。針對DZZ4自動站，當濕度出現(xiàn)故障時，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標準信號源設(shè)置好需要的濕度輸出信號并將其接入溫濕度分采，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則檢查分采的運行狀態(tài)指示燈并查看分采數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)異常則為分采故障。針對DYYZII自動站，當濕度出現(xiàn)故障時，從傳感器一端開始檢查，首先取下傳感器，使用標準信號源設(shè)置好需要的濕度輸出信號，并將其接入到信號傳輸線，查看監(jiān)控軟件的濕度值是否與設(shè)置值一致，如一致則為傳感器故障；如不一致則繼續(xù)使用標準信號源來檢查下一節(jié)點，即外轉(zhuǎn)接板的信號接入端，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為信號線纜故障；如不一致則將連接主采的7芯信號電纜的濕度信號與標準信號源連接，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為外轉(zhuǎn)接板故障；如不一致則將標準信號源信號直接接入采集器，查看數(shù)據(jù)是否一致，如一致則為7芯信號電纜故障，如不一致則為采集器故障。

摘要：本文介紹設(shè)計的地面數(shù)字電視臺內(nèi)自告警方案，實現(xiàn)對臺站內(nèi)地面數(shù)字電視信號源、播出信號和發(fā)射機播出功率的監(jiān)測報警。詳細闡述了方案功能、方案架構(gòu)和工作原理。

關(guān)鍵詞：自告警；信號源；發(fā)射機；播出信號

一、引言

目前，廣西廣播電視技術(shù)中心所轄廣播電視無線發(fā)射臺除中波臺和部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射臺外，均已完成中央廣播電視節(jié)目無線覆蓋工程的地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)建設(shè)。根據(jù)技術(shù)中心要求，“有人留守、無人值班”的一二級發(fā)射臺站，數(shù)字電視播出監(jiān)控除了建設(shè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)外，需同步建設(shè)完善的臺站內(nèi)自告警系統(tǒng)，作為遠程監(jiān)控系統(tǒng)的有效補充，以提高數(shù)字電視播出監(jiān)測能力，保證遠程監(jiān)控系統(tǒng)故障時依然能對數(shù)字發(fā)射機的運行和播出情況進行實時有效預(yù)警，提升安全播出保障水平。本文基于河池二五〇臺地面數(shù)字電視信號源、播出信號和發(fā)射機監(jiān)測需求，設(shè)計臺內(nèi)自告警系統(tǒng)。

二、功能分析

臺內(nèi)自告警基于實現(xiàn)對臺站內(nèi)數(shù)字電視發(fā)射機的播出功率、信號源和播出信號進行監(jiān)測以及故障報警而設(shè)計，使用的技術(shù)方案應(yīng)該與遠程監(jiān)控系統(tǒng)不同，其運行具有獨立性、穩(wěn)定性和可靠性。河池二五0臺目前播出兩個頻點的數(shù)字電視節(jié)目，共發(fā)射播出十二套中央電視節(jié)目和兩套廣西電視臺節(jié)目、兩套河池市電視臺節(jié)目。臺內(nèi)自告警系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能：1.監(jiān)測信號源和播出信號無音頻、無視頻故障時，啟動聲光告警；2.監(jiān)測信號源和播出信號視頻靜幀故障時，啟動聲光告警；3.發(fā)射機播出降功率故障時，啟動聲光告警；4.信號源和播出信號顯示于監(jiān)視屏幕。