基于交叉感應環線的車地通信系統專項測試研究

盧 然

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

基于交叉感應環線的車地通信系統通過環線與天線間的電磁感應實現車地之間通信傳輸(簡稱TWC系統)。中國鐵路通信信號股份有限公司的TWC系統根據功能需求和實際應用場景不同，主要分為A型TWC系統和B型TWC系統。A型TWC系統主要應用于CBTC系統后備模式（點式模式），可實現站臺精確停車和停穩后的車地通信功能；B型TWC系統主要應用于中低速磁浮軌道交通系統，可實現全線連續車地通信及列車精確定位。

TWC系統由地面TWC設備、車載TWC設備和天線組成。TWC地面設備又包括TWC地面室內設備和室外設備，天線分為TWC發送天線和TWC接收天線。

2 專項測試必要性分析

在多系統集成測試中，由于系統實驗室搭建的局限性，常用模擬機和模擬程序代替TWC實物設備，以完成多系統的功能測試。但在實際工程中，只在半實物仿真系統環境中進行多系統功能測試，TWC系統仍會存在一些系統軟件和系統硬件缺陷。根據實踐表明，TWC專項測試能更有針對性、更高效發現上述問題，以保證TWC系統的正確性和可靠性。

2.1 發現系統軟件功能缺陷

以某工程為例，開通調試過程中發現多輛列車以自動駕駛模式（ATO）進站停車時，停車誤差偏大。由于ATO進站停車需要TWC系統發送的交叉點信息進行精確校位，因此需要在TWC專項測試環境中對故障場景進行復現測試，以驗證TWC交叉點發送信息是否正確。測試復現場景如圖1所示。

圖1 專項測試環境復測場景示意圖Fig.1 Schematic diagram of retest scenario for special test

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

2）如圖2所示通過多次重復上述操作，并對測試中得到的波形數據進行分析，從復現場景下的交叉點波形中發現，車載TWC設備發出的交叉點除有效信息外還存在干擾交叉點，進而導致車載ATO停車誤差偏大。

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

3）根據測試結果對TWC軟件進行分析，發現TWC軟件未能有效濾除干擾脈沖。調整采樣率和增強數字濾波后，再對TWC系統進行專項回歸測試，從回歸測試下的交叉點波形圖中可以發現，TWC軟件問題已修改正確，如圖3所示。

2.2 發現系統硬件缺陷

以某工程為例，開通調試過程中發現存在車地通信不穩定的現象，經分析為軌旁感應電流值偏高所導致。為進一步確定TWC系統硬件問題，需要在TWC專項測試環境中進行復現測試。

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

在復現測試中通過調整功放板電壓，并使用萬用表觀察母板端子輸出電壓幅度是否做出適當調整。測試中發現，由于電壓調節范圍已到軟件設定的下限，現場無法通過調節功放輸出幅度達到降低電流目的。若繼續調節功放電壓，會觸發幅度保護機制，導致發送板關閉信號輸出，進而影響車地功能使用。

根據TWC專項測試結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 專項仿真環境搭建

TWC系統專項仿真環境應采用TWC實物進行搭建，并通過工控機和接口程序模擬其他外部系統，如車載系統、區控系統、聯鎖系統等，以用來進行TWC系統與外部系統的接口通信測試。

TWC系統專項測試環境搭建方案如圖4所示。

圖4 TWC子系統仿真測試環境結構圖Fig.4 Structural diagram of simulation test environment of TWC subsystem

考慮到TWC專項環境的可復用性，TWC專項環境應具備切換功能，以支持不同型號的TWC系統開展專項測試，同時應配有自動化測試平臺，用于TWC系統產品交付測試。

4 專項測試內容選取

4.1 產品功能測試

產品功能根據TWC型號不同，測試內容也會有所差異。首先通過A型和B型TWC系統的技術方案和產品需求確定產品功能測試的具體內容，再根據A型和B型TWC系統組成結構差異和功能差異來確定具體測試內容的選取策略。

產品功能測試內容的選取策略如表1所示。

表1 產品功能測試內容選取策略Tab.1 Selection strategy of product function test content

4.2 產品交付測試

為了區分不同環線設備以及互為冗余的兩套設備，因此需要配置不同的工程參數。TWC系統的存儲數據包括存儲環線通信號、環線工程編號、功能板類型、槽位號及定位幀等。根據A型和B型TWC設備實際存儲的不同數據，可以確定具體交付測試內容選取策略。

產品交付測試內容選取策略如表2所示。

表2 產品交付測試內容選取策略Tab.2 Selection strategy of product delivery test content

5 專項測試方法設計與實現

根據第4章節確定的測試內容，并結合等價類劃分法、錯誤推測法等測試案例設計方法，對TWC專項測試內容進行具體設計與實現，包括測試方法和測試場景，部分測試案例設計與實現如表3所示。

6 結論

本文對TWC系統專項測試的必要性進行了詳盡分析，并對TWC系統專項測試的仿真環境搭建、測試內容確定和選取、測試方法的設計與實現進行了詳細描述，以此用來指導TWC系統產品功能測試和產品交付測試。后續可對自動化腳本測試平臺繼續優化完善，進一步提高測試效率。本文中的測試內容和測試方法已在實際工程中進行具體應用，對提升TWC系統的產品測試質量和測試效率具有積極意義。

表3 產品功能和交付測試案例設計與實現Tab.3 Design and implementation of product function and delivery test cases