基于交叉感應(yīng)環(huán)線的車地通信系統(tǒng)專項(xiàng)測試研究

盧 然

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

基于交叉感應(yīng)環(huán)線的車地通信系統(tǒng)通過環(huán)線與天線間的電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)車地之間通信傳輸(簡稱TWC系統(tǒng))。中國鐵路通信信號股份有限公司的TWC系統(tǒng)根據(jù)功能需求和實(shí)際應(yīng)用場景不同，主要分為A型TWC系統(tǒng)和B型TWC系統(tǒng)。A型TWC系統(tǒng)主要應(yīng)用于CBTC系統(tǒng)后備模式（點(diǎn)式模式），可實(shí)現(xiàn)站臺精確停車和停穩(wěn)后的車地通信功能；B型TWC系統(tǒng)主要應(yīng)用于中低速磁浮軌道交通系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全線連續(xù)車地通信及列車精確定位。

TWC系統(tǒng)由地面TWC設(shè)備、車載TWC設(shè)備和天線組成。TWC地面設(shè)備又包括TWC地面室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備，天線分為TWC發(fā)送天線和TWC接收天線。

2 專項(xiàng)測試必要性分析

在多系統(tǒng)集成測試中，由于系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室搭建的局限性，常用模擬機(jī)和模擬程序代替TWC實(shí)物設(shè)備，以完成多系統(tǒng)的功能測試。但在實(shí)際工程中，只在半實(shí)物仿真系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行多系統(tǒng)功能測試，TWC系統(tǒng)仍會存在一些系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件缺陷。根據(jù)實(shí)踐表明，TWC專項(xiàng)測試能更有針對性、更高效發(fā)現(xiàn)上述問題，以保證TWC系統(tǒng)的正確性和可靠性。

2.1 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件功能缺陷

以某工程為例，開通調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)多輛列車以自動駕駛模式（ATO）進(jìn)站停車時，停車誤差偏大。由于ATO進(jìn)站停車需要TWC系統(tǒng)發(fā)送的交叉點(diǎn)信息進(jìn)行精確校位，因此需要在TWC專項(xiàng)測試環(huán)境中對故障場景進(jìn)行復(fù)現(xiàn)測試，以驗(yàn)證TWC交叉點(diǎn)發(fā)送信息是否正確。測試復(fù)現(xiàn)場景如圖1所示。

圖1 專項(xiàng)測試環(huán)境復(fù)測場景示意圖Fig.1 Schematic diagram of retest scenario for special test

1）在TWC專項(xiàng)測試環(huán)境中，通過將車載TWC接收天線從位置A移動到位置B，來模擬列車進(jìn)站時收到多組交叉點(diǎn)信息。并通過示波器與車載設(shè)備進(jìn)行連接，以精確觀測車載TWC收到的交叉點(diǎn)信息的波形圖。

2）如圖2所示通過多次重復(fù)上述操作，并對測試中得到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從復(fù)現(xiàn)場景下的交叉點(diǎn)波形中發(fā)現(xiàn)，車載TWC設(shè)備發(fā)出的交叉點(diǎn)除有效信息外還存在干擾交叉點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致車載ATO停車誤差偏大。

圖2 復(fù)測場景下交叉點(diǎn)波形圖（截取）Fig.2 Waveform of cross point in retest scenario (screenshot)

3）根據(jù)測試結(jié)果對TWC軟件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TWC軟件未能有效濾除干擾脈沖。調(diào)整采樣率和增強(qiáng)數(shù)字濾波后，再對TWC系統(tǒng)進(jìn)行專項(xiàng)回歸測試，從回歸測試下的交叉點(diǎn)波形圖中可以發(fā)現(xiàn)，TWC軟件問題已修改正確，如圖3所示。

2.2 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)硬件缺陷

以某工程為例，開通調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)存在車地通信不穩(wěn)定的現(xiàn)象，經(jīng)分析為軌旁感應(yīng)電流值偏高所導(dǎo)致。為進(jìn)一步確定TWC系統(tǒng)硬件問題，需要在TWC專項(xiàng)測試環(huán)境中進(jìn)行復(fù)現(xiàn)測試。

圖3 回歸測試交叉點(diǎn)波形圖（截取）Fig.3 Waveform of cross point in regression test (screenshot)

在復(fù)現(xiàn)測試中通過調(diào)整功放板電壓，并使用萬用表觀察母板端子輸出電壓幅度是否做出適當(dāng)調(diào)整。測試中發(fā)現(xiàn)，由于電壓調(diào)節(jié)范圍已到軟件設(shè)定的下限，現(xiàn)場無法通過調(diào)節(jié)功放輸出幅度達(dá)到降低電流目的。若繼續(xù)調(diào)節(jié)功放電壓，會觸發(fā)幅度保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致發(fā)送板關(guān)閉信號輸出，進(jìn)而影響車地功能使用。

根據(jù)TWC專項(xiàng)測試結(jié)果以及幅度報警要求，修改功放檢測門限值后，車地通信問題解決。

3 專項(xiàng)仿真環(huán)境搭建

TWC系統(tǒng)專項(xiàng)仿真環(huán)境應(yīng)采用TWC實(shí)物進(jìn)行搭建，并通過工控機(jī)和接口程序模擬其他外部系統(tǒng)，如車載系統(tǒng)、區(qū)控系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)等，以用來進(jìn)行TWC系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的接口通信測試。

TWC系統(tǒng)專項(xiàng)測試環(huán)境搭建方案如圖4所示。

圖4 TWC子系統(tǒng)仿真測試環(huán)境結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural diagram of simulation test environment of TWC subsystem

考慮到TWC專項(xiàng)環(huán)境的可復(fù)用性，TWC專項(xiàng)環(huán)境應(yīng)具備切換功能，以支持不同型號的TWC系統(tǒng)開展專項(xiàng)測試，同時應(yīng)配有自動化測試平臺，用于TWC系統(tǒng)產(chǎn)品交付測試。

4 專項(xiàng)測試內(nèi)容選取

4.1 產(chǎn)品功能測試

產(chǎn)品功能根據(jù)TWC型號不同，測試內(nèi)容也會有所差異。首先通過A型和B型TWC系統(tǒng)的技術(shù)方案和產(chǎn)品需求確定產(chǎn)品功能測試的具體內(nèi)容，再根據(jù)A型和B型TWC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)差異和功能差異來確定具體測試內(nèi)容的選取策略。

產(chǎn)品功能測試內(nèi)容的選取策略如表1所示。

表1 產(chǎn)品功能測試內(nèi)容選取策略Tab.1 Selection strategy of product function test content

4.2 產(chǎn)品交付測試

為了區(qū)分不同環(huán)線設(shè)備以及互為冗余的兩套設(shè)備，因此需要配置不同的工程參數(shù)。TWC系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)包括存儲環(huán)線通信號、環(huán)線工程編號、功能板類型、槽位號及定位幀等。根據(jù)A型和B型TWC設(shè)備實(shí)際存儲的不同數(shù)據(jù)，可以確定具體交付測試內(nèi)容選取策略。

產(chǎn)品交付測試內(nèi)容選取策略如表2所示。

表2 產(chǎn)品交付測試內(nèi)容選取策略Tab.2 Selection strategy of product delivery test content

5 專項(xiàng)測試方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第4章節(jié)確定的測試內(nèi)容，并結(jié)合等價類劃分法、錯誤推測法等測試案例設(shè)計(jì)方法，對TWC專項(xiàng)測試內(nèi)容進(jìn)行具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括測試方法和測試場景，部分測試案例設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如表3所示。

6 結(jié)論

本文對TWC系統(tǒng)專項(xiàng)測試的必要性進(jìn)行了詳盡分析，并對TWC系統(tǒng)專項(xiàng)測試的仿真環(huán)境搭建、測試內(nèi)容確定和選取、測試方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)描述，以此用來指導(dǎo)TWC系統(tǒng)產(chǎn)品功能測試和產(chǎn)品交付測試。后續(xù)可對自動化腳本測試平臺繼續(xù)優(yōu)化完善，進(jìn)一步提高測試效率。本文中的測試內(nèi)容和測試方法已在實(shí)際工程中進(jìn)行具體應(yīng)用，對提升TWC系統(tǒng)的產(chǎn)品測試質(zhì)量和測試效率具有積極意義。

表3 產(chǎn)品功能和交付測試案例設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Tab.3 Design and implementation of product function and delivery test cases