主、备用卫星信号报警系统的Matlab仿真

范学东

国家新闻出版广电总局七二五台

【摘要】 现在对于无线局的各个基层台站的节传机房，其对应的卫星信号包括C波段和Ku波段信号，在现在使用的音频四选一和音频调度系统中都有报警的功能，都是在信号的强度降低到一定的阀值的时候系统会发出报警的声音。现在和大家探讨一套系统，这套系统可以实现对卫星节目信号大小、延时和内容相似度的告警检测，本系统将用Matlab软件进行原理仿真。

【关键字】 主备 告警 相关运算 Matlab仿真

1 现状

现在各基层台站的节传机房使用的卫星信号包括C波段和Ku波段，在正常的情况下都是使用C波段的信号作为发射机房的主用信号，只有在出现日凌或者进行面天线除雪的时候才会切换Ku波段的信号作为主用信号。音频四选一在卫星信号小于一定的阀值的时候就会出现报警的提示，哪怕是正常的音频停顿，音频四选一和音频调度系统只要有信号，并且信号的强度足够大的时候就会显示正常，不会因为信号的不同步或者内容不同而出现报警的提示。本文探讨的系统将是一个同步检测两路卫星信号，无论是C或者Ku波段出现信号衰减的时候都会发出告警提示，并能提示衰弱的是哪一路卫星信号；当卫星信号出现不同步，即两路信号不是相同的信号或者出现延时时也会出现告警提示。

2 原理分析

音频信号经过卫星地球站打包上传地球同步卫星，地球同步卫星经过转发器下发到地面接收站，无线局的基层发射台站经亚太六号接收C波段的卫星信号，经过中星六B接收Ku波段的卫星信号，在节传或者中控机房通过功分器分别送至C波段的卫星接收机和Ku波段的卫星接收机，卫星接收机输出的数字信号送至音频四选一系统送到发射机房，为发射机提供节目源。同时音频四选一系统还会对音频信号的大小进行检测告警。通过串口服务器连接的音频调度系统可以实时检测卫星信号的大小，当某一路卫星信号强度小于一定的阀值的时候，系统会进行告警。但是这种系统实现有一定的缺陷，音频四选一系统会在某一路信号强度变弱的情况下进行告警，音频调度系统会在某一路卫星信号小于一定的阀值的时候进行告警，两种告警方式都不能对信号出现延时即不即时性进行判断；都不能对当某一信号出现错误时进行告警。本文将运用Matlab软件对两路卫星信号出现衰减、延时以及某路卫星信号受到干扰进行仿真实验。MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory ，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。 MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。本文基于两路信号的相关特性，通过Matlab对两路信号进行仿真，利用其相关图形来分析当某一路信号出现异常时出现的状态，并作出总结。

3 Matlab的仿真

3.1 根据信号相关特性，对信号的差异进行判断告警。

下面以一路随机数字信号作为C波段经过卫星接收机输出的数字信号，第二路随机数字信号作为Ku波段经过卫星接收机输出的数字信号，两路信号是同步的信号，即在接收端不存在延时，两路信号同时进入测试端，两路信号经过相关运算，即可判断两路信号的相似程度。随机产生的80位数字信号如图1。

图1

当两路信号相差零个码元的时候，其Matlab相关运算的图形为图2：

图2

图2中纵坐标轴为信号的强度，横坐标轴为信号的码元，因为信号在传输时是逐个的，在实际应用中横坐标轴即可代表信号的时间轴，其相关运算的图形是左右完全对称的图形。

如果某一路卫星信号出现延时的时候其相关图形就会发生变化。

下面以第二路信号发生延时为例，当延时1个码元的时候，其图形如图3：

图3

图3中相关运算的最高点会向左偏移1个码元。

当第二路卫星信号延时5个码元的时候，两路卫星信号的相关图形为图4：

图4

图4中相关运算的最高点会向左偏移5个码元。

当第二路卫星信号延时15个码元的时候，两路卫星信号的相关图形为图5：

图5

图5中相关运算的最高点会向左偏移15个码元。当第二路卫星信号延时20个码元的时候，两路卫星信号的相关图形为图6：

图6

图6中相关运算的最高点会向左偏移20个码元。

由此我们可以得出结论，当卫星信号的某一路出现延时的时候，两路信号的相关运算图形会发生偏移，第一路信号延时则图形最高点向右偏移，第二路卫星信号延时时，其相关运算的图形向左偏移，其图形的最高点会随着延时的大小而发生改变，图形会出现不完全对称的情况。在实际中，两路卫星信号是完全相同的信号，在仿真中，不同位置的码元即代表着不同时间的信号，即码元是和时间对应的，所以在实际应用中，图形的偏移就是时间的延时。

3.2出现信号衰减情况进行的仿真

当某一路卫星信号的强度为1，另一路的信号为0.8时，其相关特性图为图7：

图7

当某一路卫星信号的强度为1，另一路的信号为0.6时，其相关特性图为图8：

图8

当某一路卫星信号的强度为1，另一路的信号为0.4时，其相关特性图为图9：

图9

当某一路卫星信号的强度为1，另一路的信号为0.2时，其相关特性图为图10：

图10

由此我们可以得出当某一路信号出现信号的衰减的时候，其相关运算的图形的最高点会发生变化，会随着信号的衰减而减小，但是其仿真图形还是对称的。在实时监测中就会发现出现卫星信号出现衰减的状况。

当一路信号为图1所示的数字信号序列，而另一路信号与其相差特别大，就像某一路卫星信号出现很大的延时或者是遭到非法信号的干扰，其信号内容完全的不相同，即使转换为数字信号，也是绝大部分的数字是不一样的，当图1随机产生的数字序列为C波段卫星接收机输出的数字信号，图11随机产生的数字序列为Ku波段卫星接收机输出的数字信号（这个例子中只有最后一位相同），其仿真图形为图11：

图11

下面对此类情况进行Matlab仿真，如图12：

图12

这时候的相关特性曲线就会变得没有规律可言，图形的最高点会发生变化，图形会出现极不对称的情况，这时我们可以及时的按照紧急预案进行操作，避免安全播音事故的发生。

系统连接示意图如图13：

图13

经过Matlab的仿真，我们可以发现，基于此原理做出的系统能够在很大程度上及时发现卫星信号出现异常的情况，为节传机房或者中控机房提供一个更加安全的技术保障。

参考文献[1]张志涌.精通MATLAB R2011a 北京：北京航空航天大学出版社；2011.11：117 编辑：中国新闻技术工作者联合会