基于交叉感应环线的车地通信系统专项测试研究

卢 然

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

基于交叉感应环线的车地通信系统通过环线与天线间的电磁感应实现车地之间通信传输(简称TWC系统)。中国铁路通信信号股份有限公司的TWC系统根据功能需求和实际应用场景不同，主要分为A型TWC系统和B型TWC系统。A型TWC系统主要应用于CBTC系统后备模式（点式模式），可实现站台精确停车和停稳后的车地通信功能；B型TWC系统主要应用于中低速磁浮轨道交通系统，可实现全线连续车地通信及列车精确定位。

TWC系统由地面TWC设备、车载TWC设备和天线组成。TWC地面设备又包括TWC地面室内设备和室外设备，天线分为TWC发送天线和TWC接收天线。

2 专项测试必要性分析

在多系统集成测试中，由于系统实验室搭建的局限性，常用模拟机和模拟程序代替TWC实物设备，以完成多系统的功能测试。但在实际工程中，只在半实物仿真系统环境中进行多系统功能测试，TWC系统仍会存在一些系统软件和系统硬件缺陷。根据实践表明，TWC专项测试能更有针对性、更高效发现上述问题，以保证TWC系统的正确性和可靠性。

2.1 发现系统软件功能缺陷

以某工程为例，开通调试过程中发现多辆列车以自动驾驶模式（ATO）进站停车时，停车误差偏大。由于ATO进站停车需要TWC系统发送的交叉点信息进行精确校位，因此需要在TWC专项测试环境中对故障场景进行复现测试，以验证TWC交叉点发送信息是否正确。测试复现场景如图1所示。

图1 专项测试环境复测场景示意图Fig.1 Schematic diagram of retest scenario for special test

1）在TWC专项测试环境中，通过将车载TWC接收天线从位置A移动到位置B，来模拟列车进站时收到多组交叉点信息。并通过示波器与车载设备进行连接，以精确观测车载TWC收到的交叉点信息的波形图。

2）如图2所示通过多次重复上述操作，并对测试中得到的波形数据进行分析，从复现场景下的交叉点波形中发现，车载TWC设备发出的交叉点除有效信息外还存在干扰交叉点，进而导致车载ATO停车误差偏大。

图2 复测场景下交叉点波形图（截取）Fig.2 Waveform of cross point in retest scenario (screenshot)

3）根据测试结果对TWC软件进行分析，发现TWC软件未能有效滤除干扰脉冲。调整采样率和增强数字滤波后，再对TWC系统进行专项回归测试，从回归测试下的交叉点波形图中可以发现，TWC软件问题已修改正确，如图3所示。

2.2 发现系统硬件缺陷

以某工程为例，开通调试过程中发现存在车地通信不稳定的现象，经分析为轨旁感应电流值偏高所导致。为进一步确定TWC系统硬件问题，需要在TWC专项测试环境中进行复现测试。

图3 回归测试交叉点波形图（截取）Fig.3 Waveform of cross point in regression test (screenshot)

在复现测试中通过调整功放板电压，并使用万用表观察母板端子输出电压幅度是否做出适当调整。测试中发现，由于电压调节范围已到软件设定的下限，现场无法通过调节功放输出幅度达到降低电流目的。若继续调节功放电压，会触发幅度保护机制，导致发送板关闭信号输出，进而影响车地功能使用。

根据TWC专项测试结果以及幅度报警要求，修改功放检测门限值后，车地通信问题解决。

3 专项仿真环境搭建

TWC系统专项仿真环境应采用TWC实物进行搭建，并通过工控机和接口程序模拟其他外部系统，如车载系统、区控系统、联锁系统等，以用来进行TWC系统与外部系统的接口通信测试。

TWC系统专项测试环境搭建方案如图4所示。

图4 TWC子系统仿真测试环境结构图Fig.4 Structural diagram of simulation test environment of TWC subsystem

考虑到TWC专项环境的可复用性，TWC专项环境应具备切换功能，以支持不同型号的TWC系统开展专项测试，同时应配有自动化测试平台，用于TWC系统产品交付测试。

4 专项测试内容选取

4.1 产品功能测试

产品功能根据TWC型号不同，测试内容也会有所差异。首先通过A型和B型TWC系统的技术方案和产品需求确定产品功能测试的具体内容，再根据A型和B型TWC系统组成结构差异和功能差异来确定具体测试内容的选取策略。

产品功能测试内容的选取策略如表1所示。

表1 产品功能测试内容选取策略Tab.1 Selection strategy of product function test content

4.2 产品交付测试

为了区分不同环线设备以及互为冗余的两套设备，因此需要配置不同的工程参数。TWC系统的存储数据包括存储环线通信号、环线工程编号、功能板类型、槽位号及定位帧等。根据A型和B型TWC设备实际存储的不同数据，可以确定具体交付测试内容选取策略。

产品交付测试内容选取策略如表2所示。

表2 产品交付测试内容选取策略Tab.2 Selection strategy of product delivery test content

5 专项测试方法设计与实现

根据第4章节确定的测试内容，并结合等价类划分法、错误推测法等测试案例设计方法，对TWC专项测试内容进行具体设计与实现，包括测试方法和测试场景，部分测试案例设计与实现如表3所示。

6 结论

本文对TWC系统专项测试的必要性进行了详尽分析，并对TWC系统专项测试的仿真环境搭建、测试内容确定和选取、测试方法的设计与实现进行了详细描述，以此用来指导TWC系统产品功能测试和产品交付测试。后续可对自动化脚本测试平台继续优化完善，进一步提高测试效率。本文中的测试内容和测试方法已在实际工程中进行具体应用，对提升TWC系统的产品测试质量和测试效率具有积极意义。

表3 产品功能和交付测试案例设计与实现Tab.3 Design and implementation of product function and delivery test cases