CN108847867B - 应答器信号模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应答器信号模拟器，包括上位机、RSG主机、RSG参考环；用户通过上位机软件设置应答器信号电气特性、应答器作用范围、列车速度、应答器信号包络幅度，并将这些参数设置发送给RSG主机；应答器报文也通过上位机软件下载到RSG主机中；用户通过上位机软件选择发码模式、以及启动/停止发码；RSG主机接收到上位机软件的各项参数设置的配置命令后，控制硬件产生相应的信号，并存储报文；当收到上位机软件的启动命令后，则根据当前的发码模式将应答器信号发出；RSG主机产生的应答器信号通过RSG参考环转换为电磁波后发出；用户可灵活使用各种该发码模式及参数设置，生成想要模拟的应答器应用场景或应答器性能。

Description

应答器信号模拟器

技术领域

本发明涉及一种可模拟多种应答器信号场景的设备。

背景技术

应答器传输系统目前是CTCS-2、CTCS-3、和CBTC系统的核心设备之一，同时也可应用在其他任何需要进行车地通信和精确定位的列车运用控制系统中。其中，应答器传输模块(BTM)，主要作用是通过天线接收地面应答器的信息并进行处理，得到应答器用户报文并传送给列车运行控制系统。BTM需要根据收到的应答器信号，做出正确的场景判断和处理，根据列车运行控制系统的要求发送应答器报文。BTM在正式使用前，需要做充分的测试，使用应答器模拟不同的场景对BTM做测试十分必要的。但以下两种常规的测试手段有很大的局限性：

1)手持应答器在BTM天线上方晃过，模拟车辆经过应答器。这种测试手段需要测试人员离BTM天线较近，会受到较强的辐射。而且无法模拟特定速度以及高速经过应答器的场景。

2)机械带动BTM天线或者应答器模拟车辆经过应答器，这种测试手段避免了测试人员与BTM天线的近距离接触，也可设定特定的速度，但依然无法模拟高速经过应答器的场景以及复杂场景。而且机械装置需要占用较大的空间，使用起来也不便捷。

发明内容

为了解决BTM系统场景测试的问题，本发明提供了一种应答器信号模拟器实现方案，可模拟各种不同的应答器信号。

本发明提供一种应答器信号模拟器，包括上位机、RSG主机、RSG参考环；

其中，上位机软件安装在上位机中，向用户提供可视化操作界面，上位机和RSG主机之间通过串口通信；

用户通过上位机软件可设置应答器信号电气特性、应答器作用范围、列车速度、应答器信号包络幅度，并将这些参数设置通过串口发送给RSG主机；应答器报文也通过上位机软件下载到该RSG主机中；

参数设置及报文下载完成后，用户通过上位机软件选择发码模式、以及启动/停止发码；

所述RSG主机接收到上位机软件的各项参数设置的配置命令后，控制硬件产生相应的信号，并存储报文；当收到上位机软件的启动命令后，则根据当前的发码模式将应答器信号发出；

所述RSG主机产生的应答器信号通过RSG参考环转换为电磁波后发出；

所述应答器信号模拟器向用户提供多种发码模式供选择，用户可灵活使用各种该发码模式及所述参数设置，生成想要模拟的应答器应用场景或应答器性能，例如用于线路仿真。

本发明可精确模拟各种场景下的应答器信号，快速经过应答器、慢速经过应答器、应答器有旁瓣、应答器报文切换、应答器信号受到干扰、列车折返、线路仿真等，无论简单场景还是复杂场景均可模拟，并且操作简便、高效，用户只需要操作上位机软件即可，避免了近距离接触BTM天线。而且本发明设备小巧，占用空间小，用户可随意放置。总之，本发明提供一种全面、灵活、便捷的应答器信号模拟方案。

附图说明

图1为本发明应答器信号模拟器的基本组成框图；

图2为本发明模拟无源应答器信号示例；

图3为本发明模拟有源应答器报文切换示例；

图4为本发明模拟应答器受到干扰示例；

图5为本发明模拟带内干扰信号示例；

图6为本发明序列模式下周期发送功能示例；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

BTM在现场使用过程中，会遇到多种多样的场景，每种场景对应不同的应答器信号，比如：列车快速通过一个应答器(BTM收到一个较短的应答器信号)；列车慢速经过一个应答器(BTM收到一个较长的应答器信号)；列车在线路上折返(BTM收到两个应答器信号，且报文内容相同)；一个应答器有多个波瓣(BTM会收到一个应答器的多个波瓣信号)；一个有源应答器发生报文切换(BTM会收到一个应答器的多条报文)；应答器信号受到干扰(BTM收到的应答器信号不一定能解码)；以及以上场景的组合出现等。

本发明分析了BTM在现场各种可能遇到的场景下的应答器信号，使用上位机软件、RSG(Reference Signal Generator)主机和RSG参考环来实现各种应答器信号。本发明的应答器信号模拟器包括上位机、RSG主机、RSG参考环。

其中，上位机软件安装在上位机中用于向用户提供可视化操作界面，上位机和RSG主机之间通过串口通信。用户通过上位机软件可设置应答器信号电气特性(包括中心频率、频偏、平均速率，中心频率可调范围为3MHz～6MHz，频偏可调范围为0kHz～500kHz，平均速率可调范围为282.24kbit/s～846.72kbit/s)、应答器作用范围、列车速度、应答器信号包络幅度，并将这些参数设置通过串口发送给RSG主机。应答器报文也通过上位机软件下载到RSG主机中，参数设置及报文下载完成后，用户通过上位机软件选择发码模式、以及启动/停止发码。

RSG主机接收到上位机软件的各项配置命令后，控制硬件产生相应的信号，并存储报文，收到上位机软件的启动命令后，则根据当前的发码模式将应答器信号发出。RSG主机还向用户提供能量旋钮(主机面板上)，可控制应答器信号的能量大小。

RSG主机产生的应答器信号通过RSG参考环转换为电磁波后发出。

应答器信号模拟器向用户提供以下5种发码模式供选择：连续模式、单次模式、切换模式、序列模式、干扰模式，每种模式提供相应的可配置参数。用户可灵活使用各种模式及参数设置，生成想要模拟的场景或应答器性能，例如用于线路仿真。

连续模式可用于模拟车辆慢速经过应答器，或车辆长时间停在应答器上的场景，并且可模拟应答器发生多次报文切换。经过应答器的时间以及报文切换发生的时刻由用户自由控制。

单次模式、切换模式、序列模式下，车辆经过一个应答器的时间是由应答器作用长度和车速决定。应答器作用长度的调节范围为0.1米～5米，车速的调节范围为1km/h～500km/h。每个应答器可设置旁瓣的有无及旁瓣的时间。应答器信号包络(指经过一个应答器的时间及其幅度)的时间由上位机软件根据经过应答器的时间，以及用户设置的旁瓣属性进行计算，应答器信号包络幅度由用户设置，并共同发送给RSG主机。

单次模式可用于模拟车辆以任意速度经过一个应答器，并且可设置周期发码。

切换模式主要用于模拟报文切换的场景，应答器信号模拟器可提供多次报文切换，用户可根据需求设置切换次数及切换时间。

序列模式主要模拟车辆经过一组应答器，应答器个数(2～16个)、组内应答器间隔用户可调，并且可设置周期发码。

干扰模式主要模拟[subset-036,6.7]中规定的一种带内噪声，即周期发送的阻尼波或连续波，其中干扰频率、重复率、信号衰减因子用户可调。Subset-036中规定BTM要能够处理这样的噪声，这是对BTM天线的一条特定的EMC需求。

实施例一模拟应答器信号各种电气特性

用户可设置应答器信号的中心频率、频偏、平均速率，在可调范围内，用户可随意设置，可设置为标称值或者极端的FSK信号，下载报文后，在任意模式下(干扰模式除外)启动发码，可系统的评估BTM处理电气特性在各种情况下的应答器信号的能力。例如可用于对BTM进行频偏测试，检验BTM滤波模块及解调模块的性能。

实施例二模拟应答器传输报文可译解和不可译解

用户可将中心频率、频偏、平均速率设置为标称值，下载符合编码规范的报文，在任意发码模式下(干扰模式除外)启动发码可测试BTM能否正常解码；下载各种不符合编码规范的报文，在任意发码模式下(干扰模式除外)启动发码可测试BTM能否拒绝错误报文。

实施例三模拟最强应答器和最弱应答器

用户设置好中心频率、频偏、平均速率，并且下载报文、在任意模式下(干扰模式除外)启动发码后，通过调节RSG主机上的能量旋钮，可调节输出的信号能量大小，可调范围包含但不限于最弱应答器能量～最强应答器能量。可用于测试BTM对最弱应答器和最强应答器的信号接收。

实施例四模拟经过一个无源应答器的一般场景

在此实施例中，应答器信号模拟器可模拟列车经过一个码元质量较好的无源应答器的场景。

用户设置好中心频率、频偏、平均速率，并且下载报文后，选择单次模式，在规定范围内任意设置应答器作用范围、车速，可以设置旁瓣的有无，并且可单独设置前、后旁瓣与主瓣间隔及旁瓣持续时间。如图2所示，通过不同的设置可模拟的场景：a)没有旁瓣；b)只有前旁瓣；c)只有后旁瓣；d)前后旁瓣均有。

实施例五模拟经过一个有源应答器且报文切换的场景

在此实例中，应答器信号模拟器可模拟列车以任意速度经过应答器上时，应答器发生报文切换。在极慢速或者长时间停在应答器上发生报文切换的场景，可使用连续模式发码；对于要求在精确的车速下以及精确的切换时间下发生报文切换的场景，可使用切换模式发码。

在连续模式下，用户对信号属性进行设置，并将一个应答器的所有报文通过上位机软件下载到RSG主机中。启动发送报文后，RSG主机开始发送应答器的第一条报文，通过上位机软件用户可获取本条报文的发送时间，当需要时，用户可点击“报文切换”按钮，RSG主机会将报文切换到第二条开始发送。用户可进行无限次数的报文切换。这种模式可使用在对车速不需要精确控制的场景下。

在切换模式下，用户可设置精确的车速以及精确到0.1ms的报文切换时间。用户可灵活设置报文切换和应答器旁瓣，可模拟复杂场景。图3简单示意了切换模式下可模拟的场景：a)应答器报文只切换一次；b)应答器报文切换两次；c)在应答器旁瓣上发生报文切换。

实施例六模拟经过一个应答器并且有干扰的场景

可使用应答器信号模拟器的报文切换功能或者干扰模式模拟应答器信号受到干扰的场景。

用户可使用连续模式和切换模式下的报文切换功能。下载两条报文，其中一条报文可译解，另一条报文不可译解，通过对这两条报文的切换输出，可实现在一个应答器上时而可译码时而不可译码的场景，即应答器信号受到干扰。如图4示意了几种可模拟的场景：a)在应答器前段遇到较强干扰不可译码，后段可译码；b)应答器前段可译码，后段遇到较强干扰不可译码；c)应答器中间段不可译码，两端可译码。

另外，BTM在现场运行中有一种较常见的干扰信号为带内阻尼波信号，通过应答器信号模拟器可发出这样的信号。通过上位机软件选择干扰模式，干扰频率、重复率、衰减因子用户可调。衰减因子设置无无衰减时即为连续波。图5为应答器信号模拟器可发送的阻尼波信号。将发送干扰阻尼波信号的RSG参考环放在应答器附近，或者放在另一个发送应答器报文的RSG参考环附近，即可模拟应答器受到干扰的场景。通过能量旋钮可调节干扰的强弱。

实施例七线路仿真

根据上位机和RSG主机之间的通信协议，对上位机软件进行二次开发，即使用一条实际的应答器线路图，当上位机软件计算出达到某个应答器的公里标时，则触发应答器信号模拟器发送当前应答器报文，即可实现真实的线路仿真。

实施例八对BTM进行老化测试

使用单次模式下的周期发送功能，用户设置固定的车速和应答器间距，并且可对旁瓣进行设置，可对BTM进行老化测试(拷机测试)。

使用序列模式下的周期发送功能时，用户设置车速、组内应答器个数、组内应答器间距、应答器组间距，并且可对旁瓣进行设置，也可对BTM进行老化测试。如图6所示，为一组三个应答器的周期发送示例。

本发明的有益效果在于：

实现各种场景下应答器信号的模拟，对BTM进行全面且高效的测试。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种应答器信号模拟器，包括上位机、RSG主机、RSG参考环，其中RSG是参考信号发生器；

其中，上位机软件安装在上位机中，提供可视化操作界面，上位机和RSG主机之间通过串口通信；

上位机软件中通过输入设置应答器信号电气特性、应答器作用范围、列车速度、应答器信号包络幅度，并将这些参数设置通过串口发送给RSG主机；应答器报文也通过上位机软件下载到该RSG主机中；

参数设置及报文下载完成后，通过上位机软件选择发码模式、以及启动/停止发码；

所述RSG主机接收到上位机软件的各项参数设置的配置命令后，控制硬件产生相应的信号，并存储报文；当收到上位机软件的启动命令后，则根据当前的发码模式将应答器信号发出；

所述RSG主机产生的应答器信号通过RSG参考环转换为电磁波后发出；

所述应答器信号模拟器提供多种发码模式供选择，使用该多种发码模式及所述参数设置，能生成要模拟的应答器应用场景或应答器性能。

2.根据权利要求1所述的应答器信号模拟器，其特征在于，所述应答器信号模拟器提供以下5种发码模式供选择：连续模式、单次模式、切换模式、序列模式、干扰模式。

3.根据权利要求2所述的应答器信号模拟器，其特征在于，干扰模式模拟规定的一种带内噪声，其中干扰频率、重复率、信号衰减因子可调。

4.根据权利要求2所述的应答器信号模拟器，其特征在于，所述连续模式模拟车辆慢速经过应答器，或车辆长时间停在应答器上的场景，还用于模拟在对车速不需要精确控制时经过有源应答器发生多次报文切换的场景。

5.根据权利要求2所述的应答器信号模拟器，其特征在于，切换模式用于模拟经过有源应答器报文切换的场景，能模拟复杂场景，所述应答器信号模拟器提供多次报文切换，根据需求设置切换次数及切换时间。

6.根据权利要求2所述的应答器信号模拟器，其特征在于，单次模式用于模拟车辆以任意速度经过一个应答器，序列模式模拟车辆经过一组应答器，应答器个数及组内应答器间隔可调；该两种模式能设置周期发码。

7.根据权利要求5或6所述的应答器信号模拟器，其特征在于，在单次模式、切换模式或序列模式下，车辆经过一个应答器的时间是由应答器作用长度和车速决定，针对每个应答器可设置旁瓣的有无及旁瓣的时间；而应答器信号包络的时间由上位机软件根据经过应答器的时间以及所设置的上述旁瓣属性进行计算，应答器信号包络幅度由用户设置，并共同发送给RSG主机。

8.根据权利要求2所述的应答器信号模拟器，其特征在于，使用连续模式和切换模式下的报文切换功能，能模拟在一个应答器上时而可译码时而不可译码的场景；

在干扰模式下将发送干扰阻尼波信号的所述RSG参考环放在真实应答器附近，或者放在另一个发送应答器报文的RSG参考环附近，模拟应答器受到带内干扰的场景。

9.根据权利要求8所述的应答器信号模拟器，其特征在于，通过调节RSG主机上的能量旋钮，可调节输出的所述应答器信号的能量大小。

10.根据权利要求1所述的应答器信号模拟器，其特征在于，通过输入可设置应答器信号的中心频率、频偏、平均速率，系统地评估应答器传输模块(BTM)处理应答器信号的能力。

11.根据权利要求1所述的应答器信号模拟器，其特征在于，所述应答器信号模拟器用于线路仿真。

12.根据权利要求6所述的应答器信号模拟器，其特征在于，该两种模式用于应答器传输模块(BTM)老化测试。

13.根据权利要求9所述的应答器信号模拟器，其特征在于，调节输出的所述应答器信号的能量大小用于测试应答器传输模块(BTM)对最弱应答器和最强应答器的信号接收，或调节阻尼波干扰的强弱。

14.根据权利要求10所述的应答器信号模拟器，其特征在于，用于对应答器传输模块(BTM)进行频偏测试，或模拟应答器传输可译解和不可译解的报文，检验BTM滤波模块及解调模块的性能。

15.根据权利要求8所述的应答器信号模拟器，其特征在于，使用连续模式和切换模式下的报文切换功能模拟应答器信号受到干扰。

16.根据权利要求3所述的应答器信号模拟器，其特征在于，干扰模式模拟周期发送的阻尼波或连续波。