地球站自動日凌處置系統(tǒng)

+ 石永錄 劉春輝（山西廣播電視衛(wèi)星地球站）

地球站自動日凌處置系統(tǒng)

+ 石永錄 劉春輝（山西廣播電視衛(wèi)星地球站）

本文來源于該項(xiàng)目的研制實(shí)踐，針對地球站實(shí)際工作中遇到的日凌干擾問題，提出了智能處置方案，實(shí)現(xiàn)了自動值班預(yù)警日凌干擾、地球站功率自動增益系統(tǒng)和天線自動跟蹤系統(tǒng)自動規(guī)避日凌干擾的目標(biāo)，提升了安全播出應(yīng)急保障能力。

衛(wèi)星傳輸 日凌干擾 自動處置

0 引言

衛(wèi)星廣播傳輸開放式的無線傳輸方式容易受到自然環(huán)境影響，這些干擾對電視節(jié)目播出安全的影響十分嚴(yán)重,日凌就是其中之一。日凌中斷每年會發(fā)生兩次，每次持續(xù)約十幾天。這種現(xiàn)象是一種客觀現(xiàn)象，影響不能完全消除，它會影響到地球站衛(wèi)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(tǒng)和衛(wèi)星信標(biāo)接收設(shè)備將產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此日凌期開始前，各衛(wèi)星公司會通過國家廣電總局向各級衛(wèi)星地球站下發(fā)詳細(xì)的日凌時段表，以便于各站人工處置，及時規(guī)避其干擾。

為更加準(zhǔn)確有效的處置日凌干擾，我站自行研發(fā)了地球站自動日凌處置系統(tǒng)，利用自動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人工干預(yù)的、上行傳輸鏈路設(shè)備自動規(guī)避日凌的目標(biāo)。

1 日凌簡介

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

2 系統(tǒng)介紹

針對日凌問題，我們拓展原有監(jiān)控系統(tǒng)，規(guī)范化處理流程，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)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(tǒng)框圖

2.1 工作原理

通過串口服務(wù)器接入原有監(jiān)控系統(tǒng)的日凌處置工控機(jī)，既負(fù)責(zé)日凌期的計(jì)算、校正，又負(fù)責(zé)在日凌期控制上行鏈路受干擾設(shè)備規(guī)避干擾，實(shí)現(xiàn)了處置過程的自動化。

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

日凌處置系統(tǒng)根據(jù)日凌干擾信息生成預(yù)警信息，并發(fā)送給值班報警系統(tǒng)，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(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)置的干擾信息判斷邏輯會使用該信息主動規(guī)避日凌干擾；日凌處置系統(tǒng)根據(jù)日凌干擾信息生成并發(fā)送天線跟蹤啟、停指令，來控制天線自動跟蹤系統(tǒng)規(guī)避日凌干擾。

2.2 軟件介紹

本系統(tǒng)軟件利用衛(wèi)星通訊原理提供的日凌期算法，從理論上計(jì)算出日凌時間表。利用微波通訊技術(shù)中的衛(wèi)星接收節(jié)目信噪比變化，實(shí)際監(jiān)測到日凌起止時刻。綜合比對理論日凌時刻表和實(shí)測日凌起止時刻生成干擾信息及相應(yīng)的控制命令。日凌處置系統(tǒng)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)向上行傳輸系統(tǒng)傳遞信息或指令，實(shí)現(xiàn)規(guī)避日凌干擾的目標(biāo)。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(tǒng)軟件分2大部分：計(jì)算程序、自動處置程序。為具有良好的人機(jī)交互界面以及應(yīng)用已有的成熟算法，日凌計(jì)算程序用Javascript編程開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)；為滿足實(shí)時性的要求，日凌期自動處置程序用VC2012開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)。

2）日凌計(jì)算程序

（1) 日凌計(jì)算

(1.1)計(jì)算軟件介紹

日凌計(jì)算部分主要完成針對各種天線日凌起止時間的計(jì)算，需要設(shè)定衛(wèi)星定點(diǎn)經(jīng)度、節(jié)目下行頻率、地球站的經(jīng)緯度、地球站所用天線的口徑、年份等等信息。日凌計(jì)算軟件界面如下圖所示：

當(dāng)設(shè)置好衛(wèi)星定點(diǎn)經(jīng)度等信息后，點(diǎn)擊軟件右上角的[計(jì)算日凌]按鈕，日凌計(jì)算的結(jié)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(guān)信息；同時結(jié)果還會被保存在計(jì)算機(jī)SSD盤指定的目錄下。

(1.2)日凌計(jì)算結(jié)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(jì)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(fā)生日凌的日期以及每日日凌最嚴(yán)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(jìn)行校正：

(i)監(jiān)測時間二維擴(kuò)展原則。開始和結(jié)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(tǒng)軟件邏輯模塊

舉例如下：

理論計(jì)算出的結(jié)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(jù)二維擴(kuò)展原則：

開始日期向前外延為2016.10.3日，結(jié)束日期向后外延為2016.10.12日。

每日監(jiān)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(biāo)準(zhǔn)，外延為11.57 ～ 12.09.

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

(iii)自動監(jiān)測校準(zhǔn)。此功能位于日凌自動處置程序中，后面會詳細(xì)介紹。

（2)日凌期自動處置

日凌現(xiàn)象對地球站衛(wèi)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(tǒng)和天線自動跟蹤系統(tǒng)等相關(guān)受影響設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以便主動規(guī)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(guān)設(shè)備的處置也已經(jīng)非常規(guī)范化，因此完全可以通過計(jì)算機(jī)自動完成相關(guān)工作，減輕值班員壓力，提高操作準(zhǔn)確度。

自動處置程序被設(shè)計(jì)成驅(qū)動程序常駐在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中,它會根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前時間和SSD盤中存儲的日凌期起止時刻數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容，在每日日凌開始時刻向值班告警系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息，結(jié)束時刻發(fā)出取消預(yù)警信息。每次預(yù)警聲光告警時間為半分鐘，以此提醒值班員密切關(guān)注日凌干擾。

在值班預(yù)警的同時，啟動自動監(jiān)測校準(zhǔn)功能。自動監(jiān)測校準(zhǔn)模塊根據(jù)發(fā)收天線接收節(jié)目信號的信噪比變化，生成日凌信息。當(dāng)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(shè)定為1，反之設(shè)定為0。驅(qū)動程序通過調(diào)用串行通訊接口將日凌來臨的信息經(jīng)預(yù)設(shè)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(guī)避日凌干擾；在日凌信息發(fā)生變化時，會向天線自動跟蹤單元發(fā)送不同的命令。信息由0翻轉(zhuǎn)為1時，發(fā)送停止執(zhí)行自動跟蹤功能命令，由1翻轉(zhuǎn)為0時，發(fā)送啟動自動跟蹤功能命令，這樣天線自動跟蹤單元就能規(guī)避日凌干擾。

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

（3) 關(guān)鍵源代碼

結(jié)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(huán)境干擾問題，處置失當(dāng)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(tǒng)，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。