BTM 硬件在回路仿真系统测试案例描述与管理

郭薇薇

(北京交通大学，北京 100044)

1 研究背景及意义

在客运专线的建设与铁路大提速不断发展的环境下，应答器系统需应用于CTCS2级及其以上的铁路系统中。应答器在欧洲早已普遍使用多年，关于应答器的生产与测试技术也有专门的规范与测试实验室。但在中国对应答器系统领域还是比较陌生，国内很多机构也正在研发国产化的应答器系统。应答器传输模块(BTM)是应答器系统的重要组成部分，因此BTM的性能评估对应答器系统自主知识产权的研究占很重的分量。BTM硬件在回路仿真系统模拟真实应答器系统环境，对应答器传输模块的性能进行测试，对测试系统中所有的测试案例进行描述、管理并可以自动执行测试，可以对测试数据总结分析，给出测试报表，为BTM硬件模块的性能做出正确的评价。

2 BTM硬件在回路仿真系统

应答器系统依赖于电磁耦合理论，可以实现车－地之间点式(非连续)的信息传输，安置在铁路沿线的专门地点，其功能包括:对列车位置进行定位，在列车经过地面应答器时，向BTM提供固定的或临时的限速、路况、道岔等信息，保障列车的安全运行。应答器传输模块(BTM)是应答器系统的关键组成设备，其性能的测试与评定对于评估应答器性能非常重要。

BTM硬件在回路仿真系统(Hardware In the Loop Simulation:HILS)营造一个BTM工作的真实环境，模拟发出上行链路信号，同时使用参考环线与天线模拟接收BTM传输给PC机的输出。管理所有BTM测试的测试案例与测试序列，控制所有需要使用的设备与器械，并可以自动执行指定的测试序列，收集并分析相关数据，生成测试报告，得出相应的测试结果。完成对BTM的射频能量信号及上行链路信号的辐射模式的特性评估、电气特性、传输特性、接口特性、报文及报文序列的接收与处理能力的测试，最终可以综合评价出BTM传输模块的功能指标。

3 BTM测试案例XML阐述

根据欧洲Unisig Subset 085规范提出的BTM硬件，在回路仿真系统需要进行以下测试项目。

辐射模式估计:

目的是为了测量信号的最弱值和实际的激活能量，包括两个方面的测试内容。一是当信号传输经过参考环线时产生的实际射频能量流大小，二是测量通过Vth极限的BTM函数的参考环线，所需的上行链路电流，该电流记为Ith。

模拟通过时的时变信号:

利用参考环线搭建一个真实应答器传输模块通过的信号通道，并使用信号发生器产生一个动态的测试信号，通过参考换线来模拟应答器传输模块通过地面应答器时所发出的时变信号流。

传输测试:

目的是测试BTM模块接收应答器所传输信号的性能特性，包括接受传输数据的可靠性与安全性、应答器位置的定位、信号的旁瓣与主瓣分析等方面的功能。

应答器上行链路信号的电气特性:

可以模拟出实际应答器上行链路信号通过应答器传输模块所标称的极限值的情况下所产生的电气特性，主要包括up-link信号的相位与幅度的抖动、中心频率，频偏等。

BTM处理不相同类型报文的能力:

目的是通过测试评估BTM功能模块分别对不同信号报文类型进行评估，如不相同类型(如长帧与短帧)的变换能力等。

应答器序列的处理:

目的是在由多个应答器组成的应答器序列中，测试BTM在标准模式下，是否能够产生正确的序列。

3.1 XML对测试案例的阐述

XML语言(可扩展标记语言)可以将BTM硬件的所有测试案例规范化描述。XML用于规范化的定义数据、存储数据与交换数据等，用XML语言描述后的测试案例能够在不兼容的系统之间进行交换数据，降低其复杂程度，XML的另一大特点是使被描述的数据能被不同的程序应用，移植性强。

数据完整的层次性描述是XML语言的一大特点，XML不仅可以进行良好的层次显示，更注重描述数据的规范化、层次与内涵，但可视性比较差，需要调用XSL或者CSS进行XML文档的动态显示，可视性与层次性共存。

用XML语言将上述的所有测试项目描述出来，例如模拟通过的测试信号的案例(如图1所示)。

图1 动态测试的信号测试xml描述

采用CSS样式调用，对XML文档需要展示的内容进行规范的设定，使XML语言描述的文档的可视性增强，以便用户查看。

调用上述的CSS样式后就能够得到如图2的显示样式。

图2 调用CSS后动态测试的信号模式

3.2 测试案例管理

BTM硬件在回路仿真系统测试案例用xml规范语言描述后，需要统一管理，并方便删除、更改、查看与调用。基于Lab Windows/CVI软件开发平台开发的测试项目管理所有的已描述好的测试案例，将BTM硬件在回路仿真系统中所有的测试案例统一管理起来。管理系统界面如图3所示。

图3 测试案例的管理系统界面

在使用BTM测试管理软件时，从所有项目中选择需要查看的测试案例(如图4所示)。

查看测试内容(如图5所示)。

图4 测试案例选择

图5 测试案例具体查看

测试案例的XML描述作为测试系统编写的一部分对测试案例的自动执行与记录提供了依据，在编写的测试系统中，所编写的XML案例描述可以很容易的嵌入进去，指导测试的完成。

4 结论

应答器作为CTCS级铁路的重要使用设备，对保障铁路安全运输非常重要。应答器传输模块的各项测试案例的测试，是BTM国产知识产权的关键组成步骤。本文依据欧洲应答器测试规范，对实验室BTM测试案例进行了xml规范性语言的描述，并基于Labwindows CVI虚拟仪器测试平台，搭建了测试管理管理系统，实现对测试案例的管理，对应答器BTM硬件模块的性能做出正确的评价有重要的指导意义。

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