BTM 硬件在回路仿真系統(tǒng)測試案例描述與管理

郭薇薇

(北京交通大學(xué)，北京 100044)

1 研究背景及意義

在客運(yùn)專線的建設(shè)與鐵路大提速不斷發(fā)展的環(huán)境下，應(yīng)答器系統(tǒng)需應(yīng)用于CTCS2級及其以上的鐵路系統(tǒng)中。應(yīng)答器在歐洲早已普遍使用多年，關(guān)于應(yīng)答器的生產(chǎn)與測試技術(shù)也有專門的規(guī)范與測試實(shí)驗(yàn)室。但在中國對應(yīng)答器系統(tǒng)領(lǐng)域還是比較陌生，國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)也正在研發(fā)國產(chǎn)化的應(yīng)答器系統(tǒng)。應(yīng)答器傳輸模塊(BTM)是應(yīng)答器系統(tǒng)的重要組成部分，因此BTM的性能評估對應(yīng)答器系統(tǒng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究占很重的分量。BTM硬件在回路仿真系統(tǒng)模擬真實(shí)應(yīng)答器系統(tǒng)環(huán)境，對應(yīng)答器傳輸模塊的性能進(jìn)行測試，對測試系統(tǒng)中所有的測試案例進(jìn)行描述、管理并可以自動(dòng)執(zhí)行測試，可以對測試數(shù)據(jù)總結(jié)分析，給出測試報(bào)表，為BTM硬件模塊的性能做出正確的評價(jià)。

2 BTM硬件在回路仿真系統(tǒng)

應(yīng)答器系統(tǒng)依賴于電磁耦合理論，可以實(shí)現(xiàn)車－地之間點(diǎn)式(非連續(xù))的信息傳輸，安置在鐵路沿線的專門地點(diǎn)，其功能包括:對列車位置進(jìn)行定位，在列車經(jīng)過地面應(yīng)答器時(shí)，向BTM提供固定的或臨時(shí)的限速、路況、道岔等信息，保障列車的安全運(yùn)行。應(yīng)答器傳輸模塊(BTM)是應(yīng)答器系統(tǒng)的關(guān)鍵組成設(shè)備，其性能的測試與評定對于評估應(yīng)答器性能非常重要。

BTM硬件在回路仿真系統(tǒng)(Hardware In the Loop Simulation:HILS)營造一個(gè)BTM工作的真實(shí)環(huán)境，模擬發(fā)出上行鏈路信號(hào)，同時(shí)使用參考環(huán)線與天線模擬接收BTM傳輸給PC機(jī)的輸出。管理所有BTM測試的測試案例與測試序列，控制所有需要使用的設(shè)備與器械，并可以自動(dòng)執(zhí)行指定的測試序列，收集并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，生成測試報(bào)告，得出相應(yīng)的測試結(jié)果。完成對BTM的射頻能量信號(hào)及上行鏈路信號(hào)的輻射模式的特性評估、電氣特性、傳輸特性、接口特性、報(bào)文及報(bào)文序列的接收與處理能力的測試，最終可以綜合評價(jià)出BTM傳輸模塊的功能指標(biāo)。

3 BTM測試案例XML闡述

根據(jù)歐洲Unisig Subset 085規(guī)范提出的BTM硬件，在回路仿真系統(tǒng)需要進(jìn)行以下測試項(xiàng)目。

輻射模式估計(jì):

目的是為了測量信號(hào)的最弱值和實(shí)際的激活能量，包括兩個(gè)方面的測試內(nèi)容。一是當(dāng)信號(hào)傳輸經(jīng)過參考環(huán)線時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際射頻能量流大小，二是測量通過Vth極限的BTM函數(shù)的參考環(huán)線，所需的上行鏈路電流，該電流記為Ith。

模擬通過時(shí)的時(shí)變信號(hào):

利用參考環(huán)線搭建一個(gè)真實(shí)應(yīng)答器傳輸模塊通過的信號(hào)通道，并使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)的測試信號(hào)，通過參考換線來模擬應(yīng)答器傳輸模塊通過地面應(yīng)答器時(shí)所發(fā)出的時(shí)變信號(hào)流。

傳輸測試:

目的是測試BTM模塊接收應(yīng)答器所傳輸信號(hào)的性能特性，包括接受傳輸數(shù)據(jù)的可靠性與安全性、應(yīng)答器位置的定位、信號(hào)的旁瓣與主瓣分析等方面的功能。

應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)的電氣特性:

可以模擬出實(shí)際應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)通過應(yīng)答器傳輸模塊所標(biāo)稱的極限值的情況下所產(chǎn)生的電氣特性，主要包括up-link信號(hào)的相位與幅度的抖動(dòng)、中心頻率，頻偏等。

BTM處理不相同類型報(bào)文的能力:

目的是通過測試評估BTM功能模塊分別對不同信號(hào)報(bào)文類型進(jìn)行評估，如不相同類型(如長幀與短幀)的變換能力等。

應(yīng)答器序列的處理:

目的是在由多個(gè)應(yīng)答器組成的應(yīng)答器序列中，測試BTM在標(biāo)準(zhǔn)模式下，是否能夠產(chǎn)生正確的序列。

3.1 XML對測試案例的闡述

XML語言(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)可以將BTM硬件的所有測試案例規(guī)范化描述。XML用于規(guī)范化的定義數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與交換數(shù)據(jù)等，用XML語言描述后的測試案例能夠在不兼容的系統(tǒng)之間進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，降低其復(fù)雜程度，XML的另一大特點(diǎn)是使被描述的數(shù)據(jù)能被不同的程序應(yīng)用，移植性強(qiáng)。

數(shù)據(jù)完整的層次性描述是XML語言的一大特點(diǎn)，XML不僅可以進(jìn)行良好的層次顯示，更注重描述數(shù)據(jù)的規(guī)范化、層次與內(nèi)涵，但可視性比較差，需要調(diào)用XSL或者CSS進(jìn)行XML文檔的動(dòng)態(tài)顯示，可視性與層次性共存。

用XML語言將上述的所有測試項(xiàng)目描述出來，例如模擬通過的測試信號(hào)的案例(如圖1所示)。

圖1 動(dòng)態(tài)測試的信號(hào)測試xml描述

采用CSS樣式調(diào)用，對XML文檔需要展示的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范的設(shè)定，使XML語言描述的文檔的可視性增強(qiáng)，以便用戶查看。

調(diào)用上述的CSS樣式后就能夠得到如圖2的顯示樣式。

圖2 調(diào)用CSS后動(dòng)態(tài)測試的信號(hào)模式

3.2 測試案例管理

BTM硬件在回路仿真系統(tǒng)測試案例用xml規(guī)范語言描述后，需要統(tǒng)一管理，并方便刪除、更改、查看與調(diào)用?；贚ab Windows/CVI軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的測試項(xiàng)目管理所有的已描述好的測試案例，將BTM硬件在回路仿真系統(tǒng)中所有的測試案例統(tǒng)一管理起來。管理系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 測試案例的管理系統(tǒng)界面

在使用BTM測試管理軟件時(shí)，從所有項(xiàng)目中選擇需要查看的測試案例(如圖4所示)。

查看測試內(nèi)容(如圖5所示)。

圖4 測試案例選擇

圖5 測試案例具體查看

測試案例的XML描述作為測試系統(tǒng)編寫的一部分對測試案例的自動(dòng)執(zhí)行與記錄提供了依據(jù)，在編寫的測試系統(tǒng)中，所編寫的XML案例描述可以很容易的嵌入進(jìn)去，指導(dǎo)測試的完成。

4 結(jié)論

應(yīng)答器作為CTCS級鐵路的重要使用設(shè)備，對保障鐵路安全運(yùn)輸非常重要。應(yīng)答器傳輸模塊的各項(xiàng)測試案例的測試，是BTM國產(chǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵組成步驟。本文依據(jù)歐洲應(yīng)答器測試規(guī)范，對實(shí)驗(yàn)室BTM測試案例進(jìn)行了xml規(guī)范性語言的描述，并基于Labwindows CVI虛擬儀器測試平臺(tái)，搭建了測試管理管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對測試案例的管理，對應(yīng)答器BTM硬件模塊的性能做出正確的評價(jià)有重要的指導(dǎo)意義。

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