CN110996076B - 一种卫星电视信号异常告警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星电视信号异常告警方法，包括：获取正常状态时的频谱信号作为标准信号模板；将实时信号与所述标准信号模板进行比较，当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警；显示并保存告警结果。本发明通过采集正常信号的频谱作为标准信号模板，将标准信号模板应用于多种告警判断中，从而识别简单快速识别异常告警。为适应自然环境导致的卫星电视信号变化，构建了自适应模板生成算法，从而提高异常检测的准确性；进一步采用告警反馈方法实现阈值参数的自动调整，以达到防止误报和有效消除漏报的效果。

Description

一种卫星电视信号异常告警方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星电视信号异常告警方法。

背景技术

卫星电视信号采用广播方式进行无线远程传输，相对其他通信方式更易受到干扰。同时，卫星电视发射设备也可能出现故障，导致信号异常。因而在运维管理中需要对信号发射质量进行全天候、全时的频谱监测和分析，以便及时捕获信号异常。

当前普遍采用的监测手段是通过频谱仪等测试设备获取各频道有效带宽内的信号频谱，具有比传统的人工观察法更客观、标准且能全天候工作的优点。但通用测试设备只能直接得到卫星上/下行信号的物理特征(如功率、带宽等)，如需判断信号有无异常告警，需要根据测试数据进行进一步统计分析。因此，目前缺少一种行之有效的高效率的告警检测方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种卫星电视信号异常告警方法。

为实现上述发明目的，本发明一方面提供一种卫星电视信号异常告警方法，包括：

获取正常状态时的频谱信号作为标准信号模板；

将实时信号与所述标准信号模板进行比较，当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警；

显示并保存告警结果。

可选的，所述告警的类别包括：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移中的至少一种。

可选的，所述当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警，具体包括：

触发新信号告警的条件如下：

Max(S_i-T_i)>Threshold_NewSignal i＝[1,n]

Max(S_j-S_i)>Threshold_LeftSide i＝[1,j)

Max(S_j-S_i)>Threshold_RightSide i＝(j,n]

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，S_j为实时信号在频率分量f₁至f_n之间的电平峰值；Threshold_NewSignal 为新信号抬升电平阈值，Threshold_LeftSide为带宽左阈值，Threshold_RightSide 为带宽右阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带内功率抬升告警的条件如下：

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerUp为抬升告警阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带内功率下降告警的条件如下：

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerDown为下降告警阈值，n为被测频率点总数；和/ 或，

触发带内功率异常告警的条件如下：

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerException为带内功率异常告警阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带宽异常告警的条件如下：

|BW_s-BW_t|＞Threshold_BWException

其中BW_s为信号带宽，BW_t为标准信号模板的带宽，Threshold_BWException 为带宽异常告警；和/或，

触发频率偏移告警的条件如下：

|CF_s-CF_t|＞Threshold_FrequencyDeviation

其中CF_s为信号中心频率，CF_t为标准信号模板的中心频率，Threshold_FrequencyDeviation为频率偏移告警阈值。

可选的，所述方法还包括：

持续检测所述新信号告警；

当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈线性变化时，则将所述新信号告警合并为扫频告警；

当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈非线性变化时，则将所述新信号告警合并为跳频告警。

可选的，所述显示并保存告警结果，具体包括：

当同时触发多种告警时，将识别出的所有告警种类记录到数据库，并对同一时间的告警按优先级顺序显示；其中，所述告警的优先级顺序为：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移。

可选的，所述方法还包括：

根据实时信号对所述标准信号模板进行更新。

可选的，所述根据实时信号对所述标准信号模板进行更新，具体包括：

当前实时信号无报警时，采用如下公式计算新模板：

Ni＝p*Ti+q*Si；

其中，N_i为新模板各频率分量的电平，T_i为当前标准信号模板各频率分量的电平，S_i为当前信号各频率分量的电平，p+q＝1；a、b为用于调整模板稳定性的常数，可根据工程实践适当取值；

取p＝p+Δ,q＝q-Δ；以Δ为步进值，循环调整权值p、q的大小，当循环达到预设次数，且S收敛时，则生成新模板；否则保持当前模板不变。

可选的，所述方法还包括：

设定各类别告警的临界告警值；

在不满足告警阈值且满足临界告警值时，对所述告警阈值和所述临界告警值进行微调，当微调结果与实际告警结果一致，则保存调整后的告警阈值和临界告警值。

本发明所提供的卫星电视信号异常告警方法，通过采集正常信号的频谱作为标准信号模板，将标准信号模板应用于多种告警判断中，从而识别简单快速识别异常告警。进一步地，通过自适应告警模板生成算法适应环境变化，使告警准确性得到提高。最后，通过告警反馈的方法自动调整各告警阈值参数，既防止了误报，也可有效消除漏报，进一步提高告警的准确性。

附图说明

图1为本发明一可选实施例中卫星电视信号异常告警方法的流程示意图；

图2为本发明中新信号告警频谱示意图；

图3为本发明一可选实施例中新信号告警的流程示意图；

图4为本发明一可选实施例中带宽异常告警和频率偏移的流程示意图；

图5为本发明一可选实施例中卫星电视信号异常告警方法的流程示意图；

图6为本发明一可选实施例中扫频与跳频干扰信号判断流程示意图；

图7为本发明中带内功率抬升告警误判示意图；

图8为本发明中带内功率下降告警误判示意图；

图9为本发明一可选实施例中自适应模板生成的流程示意图；

图10为本发明一可选实施例中告警反馈流程示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

如图1所示，本发明一方面提供一种卫星电视信号异常告警方法，包括：

步骤101，获取正常状态时的频谱信号作为标准信号模板；

步骤102，将实时信号与所述标准信号模板进行比较，当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警；

步骤103，显示并保存告警结果。

其中，在步骤102中，多告警模板中设定的告警的类别包括：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移中的至少一种。对于每一种类别的告警都设置有相应的告警阈值，当比较结果满足设定的告警阈值时，则触发相应类别的告警。

具体地，对于新信号告警，通常是卫星地球站受到其它无线电设施发射的干扰信号时，则会产生新信号告警。也就是说，如图2所示，新信号是在标准信号模板上叠加一个窄带的干扰信号。当该干扰信号满足设定新信号的告警条件时，则会触发新信号告警。从频谱图看，新信号告警体现为在某频道具有一定带宽的带内功率谱上出现尖峰，本发明一可选实施例中，如图3所示，判断新信号告警的方法如下：

步骤301，根据实时信号与所述标准信号模板的比较结果，计算滑动平均曲线；

步骤302，查找该滑动平均曲线中满足新信号告警阈值的峰值点；

步骤303，计算该峰值点对应的信号参数；

步骤304，生成新信号告警。

其中，在查找该滑动平均曲线中满足新信号告警阈值的峰值点，具体包括：设实际信号在频率分量f_i的电平为S_i,标准信号在该频率分量上的电平为T_i,Sj为实时信号在频率分量f₁至f_n之间的电平峰值，则判断新信号干扰的公式如下：

Max(S_i-T_i)>Threshold_NewSignal i＝[1,n]

对于上式找出的峰值点j,满足

Max(S_j-S_i)>Threshold_LeftSide i＝[1,j)

Max(S_j-S_i)>Threshold_RightSide i＝(j,n]

其中，Threshold_NewSignal为新信号抬升电平阈值，Threshold_LeftSide为带宽左阈值，Threshold_RightSide为带宽右阈值，n为被测频率点总数。

具体地，对于与带内功率相关的抬升告警、下降告警、功率异常告警都是呈现在电视信号带内的频谱呈现变化。因此，这3种类型的告警可设置于一实时告警分析器对频谱分析。

其中，对于带内功率抬升告警，通常是当电视信号因发射功率增大或外界原因使带内功率整体增大时，信号频谱幅度整体相对模板产生明显抬升，则触发带内功率抬升告警。因此，在判断带内功率抬升告警时，其判断公式如下：

设实际信号在频率f_i上的电平为S_i,标准信号在该频率分量上的电平为T_i，该告警的判断式如下：

Ni＝p*Ti+q*Si；

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerUp为抬升告警阈值，n为被测频率点总数。

进一步地，对于带内功率下降告警，通常是当电视信号发射功率因设备故障等原因整体下降时，则触发该告警。因此，在判断带内功率下降告警时，其判断公式如下：

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerDown为下降告警阈值，n为被测频率点总数。

再进一步地，对于带内功率异常告警，通常是当电视信号在传输过程中受到随机干扰，对不同频率分量的幅度产生不同的影响，造成信号频谱波动，此时系统产生带内功率异常告警。

其中，S_i为实时信号在频率分量f_i的电平，T_i为标准信号在频率分量f_i的电平，Threshold_InbandpowerException为带内功率异常告警阈值，n为被测频率点总数。

具体地，对于带宽异常告警和频率偏移告警，其是通过频谱的上升沿和下降沿来计算确定。这2种类型的告警可设置于一实时告警分析器对频谱分析可具体地，如图4所示，分别对实时信号频谱和频谱模板寻找上升沿和下降沿，计算出峰值、带宽和中心频谱，并将两者的计算结果进行比较。

其中，对于带宽异常告警，通常是当电视信号因设备原因或在频谱边缘存在干扰信号时，可使信号带宽产生异常，此时系统生成带宽异常告警。带宽异常告警的公式如下：

|BW_s-BW_t|＞Threshold_BWException

其中BW_s为信号带宽，BW_t为标准信号模板的带宽，Threshold_BWException 为带宽异常告警。

其中，对于频率偏移告警，通常当电视信号因设备原因产生频率偏移时，系统生成频率偏移告警。因此，频率偏移告警的判断公式如下：

|CF_s-CF_t|＞Threshold_FrequencyDeviation

其中CF_s为信号中心频率，CF_t为标准信号模板的中心频率，Threshold_FrequencyDeviation为频率偏移告警阈值。

本发明一可选实施例中，对于持续的新信号告警，通过连续观察，进行统计分析，判断该干扰信号是否为扫频或跳频信号，如果是，则存储该识别结果并推送给客户端显示。如图5所示，接收实时频谱数据，启动新信号告警分析、带宽与频率偏移分析、带内功率抬升与下降告警分析等3个实时告警分析器对频谱数据进行分析，并存储实时告警分析结果到告警分析结果列表；当系统实时告警分析结果列表里面有实时告警数据时，对这些告警数据进行统计分析，从而判断出是否有扫频或跳频干扰信号，并将扫频或跳频告警结果存储到告警列表。

具体地，扫频或跳频信号告警的判断方式如下：

持续检测所述新信号告警；当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈线性变化时，则将所述新信号告警合并为扫频告警；当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈非线性变化时，则将所述新信号告警合并为跳频告警。

当电视频段范围内的跳频通信信号干扰正常电视信号时，系统将捕获跳频信号干扰告警。系统连续接收多帧信号并在多帧信号中检测新信号干扰，如果通过算法判定这些新信号随时间变化，其带宽基本恒定而中心频率线性或不规则变化，则将这些新信号告警关联为扫频或跳频干扰告警。检测扫频与跳频干扰的流程如图6所示，具体包括：

步骤601，是否有新信号告警，当有新信号告警时，则进入步骤602，否则进入步骤603；

步骤602，将新信号分别放入不同队列中；

步骤603，查看下一帧告警信号；

步骤604，是否有新信号告警，当有新信号告警时，则进入步骤603，否则进入步骤605；

步骤605，判断与当前已有队列带宽相同，当有相同时，则将新信号放入同带宽队列中，并跳转至步骤607；

步骤606，将新信号放入新建队列；

步骤607，是否已达判断门限，当达到判断门限时，则进入步骤608，否则跳转至步骤603；

步骤608，计算各队列信号中心频率规律；

步骤609，判断中心频率是否线性变化，当线性变化时，则合并为扫频告警，当非线性变化时，则合并为跳频告警。

具体地，在通过算法实现时，设跳频干扰信号的带宽为W，中心频率为f，则跳频干扰信号的判定计算式如下：

W_i＝W_j i≠j；i,j∈[1,n]

同时有|f_i-f_j|＝ε i≠j；i,j∈[1,n]；ε为随机值

设扫频干扰信号的带宽为W，中心频率为f，则扫频干扰信号的判定计算式如下：

W_i＝W_j i≠j；i,j∈[1,n]

同时有|f_i-f_i-1|＝C i∈[2,n]；C为常量

计算判定扫频干扰时，如果接收帧频率大于扫频，可能出现两帧信号的中心频率相同；反之可能出现两帧信号中心频率差为C的整数倍。因此，实际计算时n的取值可适当偏大。

其中，在步骤103中，上述提到告警类型包括多种，根据告警产生的因素，系统将告警种类按优先级分为：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移等。当系统同时检测到多种告警时，将识别出的所有告警种类都记录到数据库，但推送到客户端显示时，对同一时间的告警，按优先级顺序显示。对于持续的新信号告警，系统在判断该干扰信号为扫频或跳频信号后，将结果进行显示。

上述提到多种告警种类，其判断依据都基于与正常信号频谱模版的比对进行。由于在实际监测中，由于天气、环境等各种因素的影响，信号频谱会产生缓慢渐变。当渐变达到一定程度时，与某一时间段采集的标准信号模板有较大差异，从而影响告警判断的准确性。如图7所示，标准信号模板与当前信号正常频谱相比变低，此时信号正常范围的波动可能超过阈值，从而使系统误判为带内功率抬升。类似地，如图8所示，当标准信号模板与当前信号正常频谱相比变高，此时信号正常范围的波动即可能超过阈值，使系统误判为带内功率下降。

因此，本发明一可选实施例中，该方法还采用了自适应模板调整方法，可以根据实时信号对所述标准信号模板进行自适应更新。

如图9所示，采用如下公式计算新模板：

Ni＝p*Ti+q*Si；

其中，N_i为新模板各频率分量的电平，T_i为当前标准信号模板各频率分量的电平，S_i为当前信号各频率分量的电平，p+q＝1；a、b为用于调整模板稳定性的常数，可根据工程实践适当取值，Threshold_Template为预设模板阈值；

这里取p＝p+Δ,q＝q-Δ；以Δ为步进值，通过调整权值p、q的大小，寻找满足小于Threshold_Template的S值，找到时算法收敛，生成新模板；如果循环达到预设次数时仍未收敛，则认为当前信号不够稳定，保持当前模板不变。自适应模板的调整流程，如图8所示，这里取p＝p+Δ,q＝q-Δ。以Δ为步进，循环调整权值p、q的大小，计算S值。当S减小，且循环调整的次数已达预设值，且 S小于Threshold_Template时，则更新当前的标准信号模板。当S减小，且循环调整的次数已达预设值，且S不小于Threshold_Template时，则放弃更新当前模板。当S未减小，且循环调整的次数未达预设值，则调整步进值Δ＝0-Δ/2后，继续循环调整权值p、q的大小，计算S值。当S未减小，且循环调整的次数已达预设值，则取上一次的S、p、q值，判断S是否小于Threshold_Template，当小于时，则更新模板。

基于上述可知，通过保留原始模板，一边持续跟踪信号的缓慢变化，同时通过自构造的自适应模板公式进行新模板计算。经过一定的时间积累后，当前的标准信号模板已逐渐跟随信号的变化而变化。这样标准信号模板适应环境变化，使告警准确性得到提高。

进一步地，本发明一可选实施例中，为了提高告警的准确性，防止漏报以及误报的情况，引入了告警反馈方法。上述提到各类别告警的告警阈值，与之相对应的还设置了临界告警阈值。当告警阈值的满足条件较高，信号较难满足，同时在自动调整时采用较小的调整步进，使得模板变化较慢从而尽量避免误报；而临界告警的满足条件相对较低，信号变化较易达到临界值，同时在自动调整时采用较大的调整幅度，从而实现尽量避免漏报目的。

该告警反馈方法整体流程如图10所示，当接收的实时信号的频谱数据有告警时，则推送显示告警信息；当没有告警时，则检测是否满足临界告警值，当满足临界告警值时，则推送临界告警；而后由用户确认或否定该临界告警；接着微调告警阈值和临界告警阈值，并重新结算是否满足告警条件；当与确认结果一致时，则保存调整后的告警阈值和临界告警阈值。当与确认结果不一致时，确认是否超过微调次数，当没有超过时则继续微调各阈值，并重新计算告警；当超过微调次数时，则推送疑似错误的确认结果，由用户确认或否定该告警。这样经多次自动调整后，告警阈值与临界告警阈值基本一致。

基于上述可知，本发明首先给出基于多模板的卫星电视信号异常告警方案，并在此基础上构造了一种新的自适应模板的调整方法，进一步地引入告警反馈机制自动调整各告警阈值，能够自动调整模板并通过反馈进行优化，从而达到更精准地识别信号异常的目的。基于此，通过实验验证和7×24h不间断运行测试，本发明能够及时捕获异常，是一种行之有效的卫星电视信号监测手段。

下面结合具体的测试数据对本发明的技术效果做进一步的说明。

首先是采用多模板告警方案，先不使用自适应模板，连续接收和测试电视节目1周。观察推送到客户端的告警，并通过回放告警频谱比对，获取如表1的告警数据：

告警种类	告警阈值	告警次数	误报次数
				新信号告警	6dB	175	84
带内功率抬升告警	3dB	161	147
				带内功率下降告警	3dB	217	189
带内功率异常告警	2dB	105	70
				带宽异常告警	2MHz	0	0
频率偏移告警	1MHz	0	0

表1采用多模板告警的告警数据

经分析，发现误报的原因为频谱模板与告警时正常信号频谱有较大误差。为了适应信号频谱缓慢变化带来的误差，将各阈值调整加大后，显著降低了误报率。

为了避免误报及漏报，引入自适应模板后。在同样的测试条件下连续测试1 周，获得如表2所示：

告警种类	告警阈值	告警次数	误报次数
				新信号告警	6dB	87	0
带内功率抬升告警	3dB	12	0
				带内功率下降告警	3dB	29	0
带内功率异常告警	2dB	31	0
				带宽异常告警	2MHz	0	0
频率偏移告警	1MHz	0	0

表2采用自适应模板后的告警数据

经由频谱回放时的人工判断比对，未发现明显的误报，且能够捕获日凌引起的信号异常，效果良好。

基于上述可知，通过采集正常信号的频谱作为模板，将模板应用于多种告警判断式中，从而识别简单异常告警；通过对识别结果的统计分析，可判断扫频、跳频干扰，从而提供更精确的告警信息。通过自适应告警模板生成算法适应环境变化，使告警准确性得到提高。最后，通过告警反馈的方法自动调整阈值参数，既防止了误报，也可有效消除漏报。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种卫星电视信号异常告警方法，其特征在于，包括：

获取正常状态时的频谱信号作为标准信号模板；

将实时信号与所述标准信号模板进行比较，当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警；

显示并保存告警结果；

还包括：

根据实时信号对所述标准信号模板进行更新，具体包括：

当前实时信号无报警时，采用如下公式计算新模板：

Ni＝p*Ti+q*Si；

其中，Ni为新模板各频率分量的电平，Ti为当前标准信号模板各频率分量的电平，Si为当前信号各频率分量的电平，p+q＝1；a、b为用于调整模板稳定性的常数，可根据工程实践适当取值；

取p＝p+Δ,q＝q-Δ；以Δ为步进值，循环调整权值p、q的大小，当循环达到预设次数，且S收敛时，则生成新模板；否则保持当前模板不变。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述告警的类别包括：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移中的至少一种。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当比较结果满足预设多告警模板中的告警阈值，则触发相应类别的告警，具体包括：

触发新信号告警的条件如下：

其中，Si为实时信号在频率分量fi的电平，Ti为标准信号在频率分量fi的电平，Sj为实时信号在频率分量f1至fn之间的电平峰值；Threshold_NewSignal为新信号抬升电平阈值，Threshold_LeftSide为带宽左阈值，Threshold_RightSide为带宽右阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带内功率抬升告警的条件如下：

其中，Si为实时信号在频率分量fi的电平，Ti为标准信号在频率分量fi的电平，Threshold_InbandpowerUp为抬升告警阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带内功率下降告警的条件如下：

其中，Si为实时信号在频率分量fi的电平，Ti为标准信号在频率分量fi的电平，Threshold_InbandpowerDown为下降告警阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带内功率异常告警的条件如下：

其中，Si为实时信号在频率分量fi的电平，Ti为标准信号在频率分量fi的电平，Threshold_InbandpowerException为带内功率异常告警阈值，n为被测频率点总数；和/或，

触发带宽异常告警的条件如下：

|BW_s-BW_t|＞Threshold_BWException

其中BW_s为信号带宽，BW_t为标准信号模板的带宽，Threshold_BWException为带宽异常告警；和/或，

触发频率偏移告警的条件如下：

|CF_s-CF_t|＞Threshold_FrequencyDeviation

其中CF_s为信号中心频率，CF_t为标准信号模板的中心频率，Threshold_FrequencyDeviation为频率偏移告警阈值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

持续检测所述新信号告警；

当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈线性变化时，则将所述新信号告警合并为扫频告警；

当新信号随时间变化带宽恒定且中心频率呈非线性变化时，则将所述新信号告警合并为跳频告警。

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述显示并保存告警结果，具体包括：

当同时触发多种告警时，将识别出的所有告警种类记录到数据库，并对同一时间的告警按优先级顺序显示；其中，所述告警的优先级顺序为：新信号、带内功率抬升、带内功率下降、带内功率异常、带宽异常、频率偏移。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

设定各类别告警的临界告警值；

在不满足告警阈值且满足临界告警值时，对所述告警阈值和所述临界告警值进行微调，当微调结果与实际告警结果一致，则保存调整后的告警阈值和临界告警值。

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