有线电视最佳测量方案的设计.doc

有线电视最佳测量方案的设计艾延平，赵富宝（陕西省广电网络安塞县支公司，陕西 安塞 717400） 郭育华（陕西省广电网络宁陕县支公司，陕西 宁陕 711600）摘要：有线电视正由模拟电视逐渐过渡到数字电视，有线电视正常运行需要各种监测与控制技术的保障，而广播电视技术的发展对有线电视测量技术的要求越来越高，广播电视测量用电子仪器的种类繁多，测量方法日趋多样化。本文从误差理论出发，从6个方面分析了有线电视测量中需要注意的问题，提出了有线电视在实际测量中最佳测量方案选取的原则和技巧。关键词：有线电视；测量方案；误差；噪声The best design of cable television measurement scheme AI Yan-ping,ZHAO Fu-bao(Broadcast Television Network Company of Shanxi, Ansai branch, Shanxi Ansai 717400, China) GUO Yu-hua(Broadcast Television Network Company of Shanxi, Ningshan branch, Shanxi Ningshan, 711600, China)Abstract: Cable television is gradually transiting from analog television to digital television. The normal operation of cable television needs various monitoring and control technologies to protect, and higher requirements are put forward for cable television measurement technology with the development of Radio and Television Broadcasting Technology. The sort of electronic devices for Radio and Television Broadcasting measurement is various, and the measuring methods diversify gradually. This paper is on the basis of theory of errors, analyses some problems that should be paid attention to during cable television measurement from six aspects, and sets forth the principles and techniques to select the best measurement scheme in cable television practical measuring.Key words: cable TV, measurement scheme, error, noise1引言有线电视正由模拟电视逐步过渡到数字电视，为了保证有线电视系统的正常运行，需要对有线电视信号及设备进行监测，电视信号测量是广播电视技术中进行信息检测的主要手段，电视信号既有模拟信号，又有数字信号，有线电视测量包括电视信号的测量、传输路径的测量、故障分析的测量、设备运行的测量、干扰与噪声的测量等。测量涉及了模拟电路和数字电路，由于数字电视标准不一，广播电视设备型号繁杂，测量用电子仪器的准确度和灵敏度差异很大，随着高科技的发展仪器种类越来越多、越来越先进，测量方法也日趋多样化。广播电视技术对测量的要求越来越高，而广播电视技术人员测量技能相对滞后，对测量技术的理论研究欠缺，为了在既有条件下获得最佳测量效果，在实际测量中选择出最佳侧量方案显得尤为重要，本文从六个方面进行了分析，提出了有线电视测量中的最佳方案选取的原则和技巧。2有线电视测量中要注意的问题及测量原则从误差理论出发，测量误差是指测量值与真值的差值，绝对误差DX=测量值X-真值A1，为了获得最接近真值的测量结果，需要测量误差尽可能小，但由于测量条件的限制，测量中测量误差是不可能消除的，只能尽量地减小。此外，测量中还必须考虑既有测量条件、测量要求等因素，有线电视的测量应该遵循以下一些原则。2.1测量方法要恰当广播电视测量主要是电子测量，方法有很多种，按测量手续分类，分为直接测量法（电平表测量信号电平）、间接测量法（伏安法测电阻）和组合测量（电阻器电阻温度系数的测量）；按被测量的性质分类，分为时域测量（用示波器观察电视信号波形）、频域测量（用频谱分析仪分析电视信号的频谱）、数据域测量（用逻辑分析仪等数字电视设备对数字量或电路的逻辑状态进行测量）和随机测量（各类噪声信号的动态测量和统计分析）；另外，按照对测量精度的要求分为精密测量和工程测量；按照测量者对测量过程的干预程度分为自动测量和非自动测量；按照传感器与被测对象是否接触分为接触式测量和非接触式测量。在众多的测量方法中，到底哪一种是我们选择的最佳方案呢？对于测量方法的选择要综合考虑以下几个方面内容：被测量本身的属性；所要求的测量精确度；测量环境；现有的测量设备等。例如要测量正在工作的一个二端网络的电阻，万用表再方便、电桥再精确，二者也无能为力，而间接测量法中的“伏安法”是最佳选择方案；如果要获得某一刻电视信号的波形，用示波器测量将是我们选择的最佳方案；如果要测量一段传输线的阻抗，精确度再高的万用表也派不上用场，而电桥法就是最佳方案。2.2测量精度要高在既有测量的条件下，我们需要采用一些特殊的方法尽量的提高测量精度。例如图像载波电平测量。图像载波电平的测量精度主要由所使用的测试步骤和测量仪器的精度决定。测量仪器的精度随着时间和周围环境温度的变化而变化，因此，我们要对测试仪器进行周期性校准，一般来说，半年或周围环境温度变化超过50C时，应对仪器进行校准。图像载波电平的测试方法也影响着其测试精度，其中一个最重要的方法是，测试时应将载波电平峰值调到分析仪参考电平处，因为这时的测试精度只取决于参考电平的精度。如果没有将载波电平峰值调到分析仪参考电平处，则其测试精度不仅取决于参考电平的精度，还必须考虑显示刻度的精度，使得测量的精度相对下降。再比如相邻图像载波幅度的测量。相邻图像载波幅度的测量可以采用两种方法，一种是绝对值测量方法，即分别测量两个载波电平的绝对值，其精度取决于参考电平精度；另一种方法是相对电平测量方法，将高电平信号置于参考电平处，测量低电平信号与高电平信号的电平差值，对于这个差值，频谱分析仪可以自动测量，高电平信号的精度只取决于参考电平的精度，低电平信号的精度则不仅取决于参考电平的精度，还取决于两电平差值的精度，差值的精度实际上就是显示刻度的精度。有时，只需测量两种电平的差值，如测量图像和伴音载波电平差，这种情况下采用相对测量的方法比较好。为了提高精度，有时要考虑测量仪器与被测设备的阻抗匹配问题，例如频谱分析仪的测量精度在很大程度上还取决于频谱分析仪和有线电视系统的匹配，有线电视系统的特性阻抗是75，频谱分析仪的输入阻抗应在开机后选择75，这样才能阻抗匹配，减少由于阻抗不匹配造成的损耗，保证测量的精度。2.3综合误差要小在实际测量中，由于人们对客观规律认识的局限性、测量仪器本身的局限性、测量手段的不完善、测量时外界条件的变化、检测人员的疏忽大意及测量经验等多种因素的影响，都造成被测量的测量结果与其真实值之间总会存在一定的误差，广播电视测量误差的来源包括广电测量仪器系统误差、使用误差、人身误差及影响误差等。虽然产生误差的原因多种多样，但按误差基本性质和特点，误差可分为三种：即系统误差、随机误差和粗大误差2。当测量误差超过一定限度时，测量工作和测量结果就会变得毫无疑义，甚至会带来负面影响，导致人们会根据这个不正确的测量结果做出错误地分析、判断，从而大大阻碍了工作的顺利进行，严重的会造成巨大经济损失。要使测量误差最小可以从以下两个方面考虑。（1）选择最有利的函数公式。一般情况下，直接测量的项数愈少，则合成误差也会愈小。所以在间接测量中，如果可由不同的函数公式来表示，则应选取包含测量值数目最少的函数公式来表示；若不同的函数公式所包含的测量值数目相同，则应选取误差较小的测量值的函数公式；若测量内尺寸的误差比测量外尺寸的误差大，应选择含有外尺寸的函数公式。（2）使各个测量值对函数的灵敏系数为零或最小。有函数公式可知，若使误差灵敏系数等于零或为最小，则合成误差可相应减小。根据这个原则，对某些测量，尽管有时不可能达到使误差灵敏系数为零的测量条件，但应设法使其减小。在最佳方案中要针对下列不同误差类型尽可能减小相应的误差：针对系统误差，要尽可能选择用精度较高的仪器仪表进行测量；针对环境误差要尽可能控制测量的环境；针对人身误差要尽可能采用数字仪器并采取多次测量求其平均的方式减小偶然误差；针对方法与理论误差要选取某些特殊方法来减小理论误差3。例如正确设置频谱分析仪中分辨带宽和图像带宽能最大限度地减小测量误差。2.4测量方案要经济实惠仪表的准确度是指仪表的真实值与被测量真实值的一致程度，反映了测量的各类误差的综合。综合误差越小，精确度越高，仪表灵敏度描述了对被测量的反应能力，即仪表所能测量的最小被测量。精确度和灵敏度都是仪表的重要技术指标。但是在我们进行仪表的选择时，不能一味地追求灵敏度而不考虑自身的经济条件，况且高精确度高灵敏度的仪表也不一定时我们工程或者应用的最佳选择，我们要从测量的实际出发，来选择相对经济实惠又可以完成相关测量的方案来完成我们的测量。例如在一般有线电视信号强度测量中，我们用手持式频谱场强仪就足够了，没必要使用昂贵的有线电视信号分析仪。再比如测量信号电平，只需要普通的电平表就可以了。因此，在选取我们的测量方案的时候要考虑到一定的经济利益，我们的测量才能在工程实践中得到广泛应用，才会更有价值。2.5测量过程要简便、快速有线电视广泛普及的今天，电视节目已经深入到人们的生活中，在电视信号传输故障检测与维护中要求我们迅速获得被测量的测量结果，因此我们要追求测量简便易行和快速测量。所谓简便易行，是指测量仪表或测量方法操作简单、测量步骤少、读取结果时间短，这样的测量过程速度快、因操作造成失误的几率小，测量中尽可能的不要中断电视信号。然而对不同的操作者，要求也有所不同。比如要测量一个设备的电阻阻值，有五种方案：用电阻箱测量、用万用表测量、用电压电流表测量、用直流电桥测量、用自动LCR测量仪测量。对于操作者，如果只会熟练使用其中一种方法，那么这种方案就是我们要选取的最佳方案；如果五种都会熟练使用，那么最简便易行的就是万用表测量了。对于测量人员，在满足测量要求的情况下，要在众多测量方案中选取最为简便易行的方案，以适应有线电视可靠、稳定运行的要求4。2.6测量中对噪声和干扰要进行适当的处理有线电视设备常常是在一些相对恶劣的电磁环境下工作的，必然存在着自然的或者人为因素产生的电磁能量，这些电磁能量通过一定途径进入工作电路，从而产生正常工作所不需要的信号。这些信号有些是瞬间或偶然出现，有些是伴随着电视设备的使用而长期存在，影响设备电子电路的正常工作。因此，在生产中，电子仪器、仪表或分散控制系统工作，或对参数测量时，电子回路都需要有一个公共电位参考点，这个参考点我们通常称为工作接地点。合理设计电路或者回路中的接地点可以有效地防止干扰5。在某些电路测量中，当用浮地的、相互独立的仪器进行测量，测量结果是正确的，但如果测量仪器共地，由于负极接地的电子仪器的接入，测量仪表的负极所接的被测点就被强制接地，把原本电位不为零的点的电位强制变为零，改变了电路结构，这时出现测量结果不正确甚至电路和仪器损坏。因此在实际电路进行测量前，一定要注意首先弄清楚仪器负极是否共地，电路能否用共地的仪器进行测量，一定要认真分析，千万不能盲目接电路，造成不必要的错误和损坏6。测量中的噪声往往是一个特定频率范围内的功率。频谱分析仪所显示的噪声电平取决于分辨带宽，需进行修正。噪声电平的检测及显示依赖于所使用的分辨带宽，带宽越宽，所显示的噪声越大。这是因为等效噪声由输入噪声电平和分辨带宽滤波器的形状共同决定的。反映等效噪声与分辨带宽关系的经验法则非常简单，分辨带宽每提高10倍，噪声功率增加10dB。用取样检测方式测量噪声，用峰值检测方式测量载波电平。由于对噪声的测量不是峰值测量，而是测量一个平均功率密度，因而对于每个频率点，必须将每一频率点内整个幅度范围的随机抽样值进行平均，检测器对噪声进行随机取样的这种检测模式被称为取样检测。3最佳方案设计的原则和技巧对于实际测量，我们通常希望测量的准确度越高越好，即误差的总和越小越好。所谓测量的最佳方案，从误差的角度看就是要做到：系统误差最小，随机误差最小。选择最佳方案的方法一般只是根据现有条件，了解各分项误差可能达到的最小数值，然后比较各种可能的方案，选择合成误差最小者作为现有条件的“最佳”方案。以上是从误差方面考虑的最佳测量方案的选择，实际测量中的最佳方案，除了要考虑误差大小外，还要考虑测量的经济型、可靠性、及操作的方便性等。在实际的测量中，对于最佳测量方案的选取不能只从某一个方面来考虑，一切以满足实际测量需要为宗旨