Способ испытаний систем/устройств вызова экстренных оперативных служб автотранспортных средств
METHOD FOR TESTING SYSTEMS/DEVICES FOR CALLING EMERGENCY OPERATING SERVICES OF VEHICLES

Изобретение относится к электромагнитным испытаниям интегрированных в автотранспортные средства (АТС) систем/устройств вызова экстренных оперативных служб, далее СВЭС, а именно, к методам оп ределения азимутальной эффективности (методам оценки азимутальной вариативности значений условной дальности в составе автомобиля) радиосвязи входящих в состав СВЭС приемо-передатчиков стандарта GSM.
Из ГОСТ 33466-2015 известен способ испытаний, заключающийся в проверке возможности СВЭС по корректному осуществлению "Экстренного вызова" по сетям подвижной радиотелефонной связи в режиме GSM 900.
Во время испытаний осуществляют наблюдение за процессом выполнения автоматических тестов, а также проверяют надежность срабатывания СВЭС в ручном режиме, при осуществлении которого производится инициация экстренного вызова посредством нажатия кнопки "Экстренный вызов". Проверяемая СВЭС считается работоспособной и признается выдержавшей испытания, если во время выполнения проверки программа тестирования не выдала сообщений об ошибках тестирования, а СВЭС обеспечивает связь с оператором базовой станции (обеспечивает передачу тестового сообщения по каналу GSM).
Недостатком данного способа является качественная, а не количественная проверка связи по каналу GSM, что не дает полной информации об азимутальной эффективности радиосвязи, осуществляемой посредством СВЭС, интегрированной в конкретное АТС.
Из статьи «Испытания системы «ЭРА ГЛОНАСС» на помехоустойчивость», А.С. Подгорний, П.А. Николаев, Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости: труды III Всероссийской НТК «Техно-ЭМС 2016». - М.: Грифон, 2016, стр. 139-141 известен способ испытаний АТС, в котором испытываемое АТС, оснащенное СВЭС, содержащей приемо-передатчик канала GSM, располагают в защищенной от внешних факторов зоне, преимущественно в безэховой камере, и подвергают испытаниям на электромагнитную совместимость (ЭМС).
Оценка системы вызова экстренных оперативных служб, в том числе и приемо-передающих каналов, заключается в проверке процесса инициализации системы при включении зажигания АТС в условиях воздействия внешнего высокочастотного электромагнитного поля.
Недостатком данного способа является невозможность оценки азимутальной эффективности (азимутальной вариативности значений условной дальности в составе автомобиля) радиосвязи входящего в состав СВЭС приемо-передатчика стандарта GSM, что не позволяет судить об эффективности применения конкретной конфигурации СВЭС и компоновки ее составляющих в составе АТС.
За прототип предлагаемого изобретения принят известный из патента RU 2702406, МПК G01R 31/00, публ. 08.10.2019, способ испытаний СВЭС АТС, в котором АТС, оснащенное такой системой/устройством, размещают в защищенной от внешних факторов зоне, преимущественно в безэховой камере. В данной зоне также размещают имитатор базовой станции (радиокоммуникатор) стандарта GSM, причем радиокоммуникатор устанавливают в месте, где его расположение не оказывает влияния на картину распределение GSM поля в области испытываемого АТС.
После завершения установочных мероприятий по каналу стандарта GSM осуществляют радиосвязь между входящим в состав СВЭС АТС приемо-передатчиком и имитатором базовой станции (радиокоммуникатором).
Во время испытаний передатчик GSM СВЭС АТС, посредством уменьшения мощности передаваемого радиокоммуникатором радиосигнала, выводится на максимальную мощность.
Выход на максимальную передаваемую мощность приемо-передатчика СВЭС АТС предшествует моменту прекращения радиосвязи между приемо-передатчиком СВЭС АТС и радиокоммуникатором - определяет дальность радиосвязи приемо-передатчика СВЭС АТС относительно имитатора базовой станции, расположенного в защищенной от внешних факторов зоне.
Способ позволяет определить азимутальную вариативность значений условной дальности радиосвязи по каналу стандарта GSM.
Недостатком данного способа является невозможность оценки азимутальной вариативности значений условной дальности радиосвязи приемо-передатчика стандарта GSM, входящего в состав СВЭС АТС, в сравнении со значениями условной дальности радиосвязи эталонных (франц. etalon образец, мерило) приемо-передатчиков стандарта GSM, располагаемых вне АТС (в условиях свободного пространства защищенной от внешних факторов зоны), что не позволяет судить об эффективности применения конкретной конфигурации СВЭС и компоновки ее составляющих в составе АТС.
Примечание: в качестве эталонных приемо-передатчиков стандарта GSM, как вариант, может быть использован набор, в количестве не менее 3, сертифицированных сотовых телефонов, преимущественно, разных моделей.
Задачей изобретения было создание способа испытаний интегрированных в состав АТС СВЭС, обеспечивающего сравнительную оценку реализуемой приемо-передатчиком СВЭС азимутальной эффективности радиосвязи относительно дальности радиосвязи, реализуемой располагаемыми вне АТС эталонными приемо-передатчиками - как следствие, оценку правильности выбора конфигурации СВЭС, конструктивных особенностей и компоновки ее компонентов в составе АТС.
Задача решается в способе испытаний СВЭС АТС, включающем в себя размещение в защищенной от внешних факторов зоне оснащенного СВЭС АТС, а также имитатора базовой станции, выполненного с возможностью формирования со стороны приемо-передатчика испытываемой СВЭС сигналов стандарта GSM заданной условиями испытаний мощности, последующее осуществление радиосвязи между входящим в состав СВЭС АТС приемо-передатчиком и имитатором базовой станции, а также оценку качества радиосвязи.
Указанная задача решается тем, что:
1. В защищенной от внешних факторов зоне задают точку расположения геометрического центра гипотетически установленного подготовленного к испытаниям АТС, затем в этой точке поочередно размещают заданное количество принятых в качестве эталонных приемо-передатчиков стандарта GSM, для каждого из которых производят измерения минимального уровня GSM сигнала прекращения радиосвязи между имитатором базовой станции и приемо-передатчиком.
2. Затем в зоне испытаний, с привязкой к точке расположения геометрического центра гипотетически установленного АТС, устанавливают испытываемое АТС, после чего производят измерения минимального уровня GSM сигнала прекращения радиосвязи между имитатором базовой станции и размещенным в составе АТС приемо-передатчиком СВЭС во всем диапазоне азимутальных углов расположения АТС относительно приемо-передающих антенн имитатора базовой станции.
3. По результатам измерений вычисляют азимутальную эффективность радиосвязи, реализуемой СВЭС АТС.
4. Азимутальная эффективность реализуемой СВЭС АТС радиосвязи определяется показателем осуществления GSM связи между приемо-передатчиком СВЭС и имитатором базовой станции во всем диапазоне углов азимутальной плоскости и определяется из выражения:
Р - Азимутальная эффективность,
n = 1, 2, 3 … - количество угловых позиционирований АТС в азимутальной плоскости относительно приемо-передающих антенн базовой станции, при которых уровень сигнала GSM прекращения радиосвязи ниже порогового уровня;
N - полное количество угловых позиционирований АТС в азимутальной плоскости относительно приемо-передающих антенн базовой станции;
Δϕ - шаг углового позиционирования АТС в азимутальной плоскости относительно приемо-передающих антенн базовой станции.
При этом множеству n принадлежат все угловые позиционирования АТС, где выполняется условие:
АТС
i
i
S(α) - уровень GSM сигнала прекращения радиосвязи (диаграмма направленности) между имитатором базовой станцией и приемо-передатчиком системы/устройства вызова экстренных оперативных служб интегрированного в АТС при конкретном азимутальном угле позиционирования α АТС по отношению к базовой станции (антеннам базовой станции);
lim
S - предельный уровень GSM сигнала, который определяется из выражения:
m - среднее арифметическое значение минимальных уровней GSM сигнала прекращения радиосвязи между базовой станцией и эталонными приемо-передатчиками, тестируемыми в условиях свободного пространства,
K ≥ 3 - количество эталонных приемо-передатчиков, используемых вне АТС;
min.i
S - минимальный уровень GSM сигнала прекращения радиосвязи между базовой станцией и конкретным эталонными приемо-передатчиком, тестируемым в условиях свободного пространства;
- среднеквадратическое отклонение уровней GSM сигнала прекращения радиосвязи между имитатором базовой станцией и эталонными приемо-передатчиками, тестируемыми в условиях свободного пространства.
5. Заключение о соответствии СВЭС АТС требованиям по дальности принимают на основании сравнения вычисленного значения азимутальной эффективности радиосвязи с величиной предельного показателя осуществления GSM связи, заданного нормативной / регламентирующей документацией.
Соответствие требованиям определяется из критерия:
Рпр - предельный показатель осуществления GSM связи между приемо-передатчиком СВЭС АТС и имитатором базовой станции, который задается нормативной / регламентирующей документацией, как правило, величина его не менее 0,8.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1, где схематично показана общая конфигурация объектов, участвующих в испытании: 1 - защищенная от внешних факторов зона - показана испытательная безэховая камера; 2 - поворотный стол, в том числе для размещения на нем испытываемого АТС - перекрестие показывает проекцию геометрического центра гипотетически установленного автомобиля и геометрическую ось вращения поворотного стола; 3 - эталонный приемо-передатчик стандарта GSM, тестируемый в условиях свободного пространства; 4 - антенна стандарта GSM эталонного приемо-передатчика; 5 - приемная антенна стандарта GSM имитатора базовой станции (радиокоммуникатора); 6 - передающая антенна стандарта GSM имитатора базовой станции (радиокоммуникатора); 7 - имитатор базовой станции (радиокоммуникатор); 8 - зона размещения имитатора базовой станции (радиокоммуникатора), обеспечивающая отсутствие влияния радиокоммуникатора на картину распределение GSM поля в области испытываемого АТС - показана экранированная камера;
Фиг. 2, где схематично показана общая конфигурация объектов, участвующих в испытании: 9 - испытываемое АТС, размещенное на поворотном столе 2 - перекрестие показывает проекцию геометрического центра установленного автомобиля и геометрическую ось вращения поворотного стола; 10 - приемо-передатчик системы/устройства вызова экстренных оперативных служб интегрированный в АТС.
Фиг. 3, где показаны: 11 - условное изображение среднего арифметического значения минимальных уровней GSM сигнала прекращения радиосвязи между базовой станцией и эталонными приемо-передатчиками, тестируемыми в условиях свободного пространства; 12 - условное изображение суммы среднеквадратического отклонения и среднего арифметического значения уровней GSM сигнала прекращения радиосвязи между имитатором базовой станции и эталонными приемо-передатчиками, тестируемыми в условиях свободного пространства (предельный уровень GSM сигнала); 13 - азимутальная характеристика (вариативность значений условной дальности) уровня GSM сигнала прекращения радиосвязи между имитатором базовой станции (радиокоммуникатором) и интегрированным в АТС приемо-передатчиком системы/устройства вызова экстренных оперативных служб.
Изобретение может быть реализовано, например, в испытательной, преимущественно, безэховой камере 1, снабженной расположенным в камере поворотным столом 2, прилегающим к камере экранированным помещением 8 (как вариант - расположенной в камере экранированной выгородкой), а также имитатором 7 базовой станции стандарта GSM (радиокоммуникатором), расположенным в экранированном помещении 8, приемной 5 и передающей 6 антеннами стандарта GSM радиокоммуникатора 7, расположенными в безэховой камере 1. Где поворотный стол 2 выполнен с возможностью позиционирования или эталонных приемо-передатчиков 3 стандарта GSM, или испытываемого АТС 9, с интегрированным в его состав приемо-передатчиком 10 СВЭС.
Согласно изобретения в испытательную камеру 1 поочередно устанавливают заданное количество эталонных приемо-передатчиков 3 стандарта GSM. Каждый из эталонных приемо-передатчиков 3 базируют на геометрической оси вращения поворотного стола 2 и располагают на регламентируемой условиями испытаний высоте от его поверхности, как правило, как минимум на расстоянии 0,5 м. Приемную 5 и передающую 6 антенны имитатора 7 базовой станции стандарта GSM располагают на регламентируемой условиями испытаний высоте, относительно поверхности поворотного стола 2, и на регламентируемом условиями испытаний удалении от геометрической оси вращения поворотного стола 2.
Между каждым из эталонных приемо-передатчиков 3 и имитатором 7 базовой станции устанавливают радиосвязь; уменьшением мощности GSM сигнала имитатора 7 базовой станции выявляют и измеряют минимальный уровень GSM сигнала прекращения радиосвязи между эталонными приемо-передатчиками 3 и имитатором 7 базовой станции.
После завершения манипуляций с эталонными приемо-передатчиками 3 на поворотном столе 2 устанавливают испытываемый АТС 9 с интегрированным приемо-передатчиком 10 СВЭС. При этом геометрический центр симметрии АТС 9, как и в случаях с эталонными приемо-передатчиками, совмещают с геометрической осью вращения поворотного стола 2.
Между приемо-передатчиком 10 СВЭС и имитатором 7 базовой станции устанавливают радиосвязь; уменьшением мощности GSM сигнала имитатора 7 базовой станции выявляют и измеряют минимальный уровень GSM сигнала прекращения радиосвязи между приемо-передатчиком 10 СВЭС и имитатором 7 базовой станции. Испытания повторяют на каждом фиксированном азимутальном угле заданного условиями испытаний диапазона расположения АТС 9 относительно приемной 5 и передающей 6 антенн радиокоммуникатора 7.
Изобретение основано на том, что антенны (контекстуально - поз. 10) приемо-передатчиков систем/устройств вызова экстренных оперативных служб (СВЭС), интегрированных в состав АТС (контекстуально - поз. 9), имеют сложную диаграмму направленности, зависящую от особенностей компоновки СВЭС в АТС, которая, как правило, отличается от диаграммы направленности, реализуемой антеннами приемо-передатчиков СВЭС, расположеных в свободном (вне АТС) пространстве; как показывает пракика - в некоторых направлениях наблюдается ослабление уровня сигнала, а в некоторых усиление.
В случае наступления экстренного случая водитель или пассажир АТС, помимо упомянутой штатной СВЭС, может связаться с диспетчером экстренных служб при помощи мобильного телефона, причем сделав это выйдя из АТС и оказавшись в условиях свободного пространства - конфигурация АТС не будет влиять на диаграмму направленности GSM антенны сотового телефона. В случае плохого/неуверенного приема, например, на значительном удалении от населенных пунктов или в горной местности, теоретически, часто и практически, можно найти на местности точку позиционирования сотового телефона относительно базовой станции, где радиосвязь будет осуществлена. АТС, в большинстве экстренных случаев, не может быть мобильно сориентирован и перемещен в направлении наилучшего приема; радиосвязь посредством штатной СВЭС осуществляется, как правило, в том положении, в котором, АТС был остановлен -сориентирован относительно базовой станции на момент вызова.
Исходя из изложенного в двух выше расположенных абзацах, при выборе конфигурации компонентов СВЭС и мест их локализации в составе АТС требуется устранить / уменьшить влияние конструктивных элементов АТС на затухание реализуемого приемо-передатчиком СВЭС GSM сигнала. Данная задача может быть решена в процессе выполнения опытно-конструкторских работ, сопровождаемых оценкой азимутальной эффективности реализуемой приемо-передатчиком СВЭС радиосвязи в сравнении азимутальной эффективностью среднестатистического сотового телефона. Поэтому в данном изобретении и вычисляют статистические значения условной дальности радиосвязи эталонных приемо-передатчиков (определяются уровнями сигналов прерывания GSM радиосвязи с имитатором базовой станции в условиях свободного пространства защищенной от внешних факторов зоны (безэховой камеры)), а затем выполняют сравнение вычисленных для эталонов статистических значений с вариациями значений условной дальности радиосвязи интегрированного в конструкцию АТС приемо-передатчика СВЭС (также определяется уровнями сигналов прерывания GSM радиосвязи с имитатором базовой станции) в азимутальной плоскости АТС.
Интегрированные в АТС СВЭС считаются пригодными к эксплуатации, если реализуемая ими условная дальность радиосвязи во всей азимутальной плоскости не существенно хуже условной дальности радиосвязи среднестатистического сотового телефона.
Испытания, в их наиболее полном объеме, проводят следующим образом:
1. Приемную 5 и передающую 6 антенны радиокоммуникатора 7 устанавливают на заданной высоте относительно поверхности поворотного стола 2 и ориентируют в направлении геометрической оси его вращения.
2. На поворотном столе 2, на заданном удалении от его поверхности и на геометрической оси его вращения (в плане - геометрический центр гипотетически установленного автомобиля) поочередно размещают как минимум три эталонных приемо-передатчика 3 стандарта GSM.
3. Каждый из эталонных приемо-передатчиков 3, по отношению к антеннам 5,6 радиокоммуникатора 7 поочередно ориентируют в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
4. Для каждого из эталонных приемо-передатчиков 3 и для каждого из их положений-ориентаций относительно антен 5,6 радиокоммуникатора 7 реализуют сеанс радиосвязи с радиокоммуникатором 7, при этом в течение каждого из сеансов радиосвязи, посредством уменьшения передаваемого радиокоммуникатором радиосигнала, выявляют, измеряют и регистрируют минимальный уровень сигнала прекращения/прерывания радиосвязи.
5. По результатам измерений минимальных уровней сигнала прекращения/прерывания радиосвязи между радиокоммуникатором 7 и каждым из эталонных приемо-передатчиков 3, для каждого из их оговоренных положений, в соответствие с математическим выражением 4 вычисляют предельный уровень GSM сигнала прекращения радиосвязи.
6. На поворотном столе 2 размещают АТС 9, снабженный исследуемой СВЭС, содержащей приемо-передатчик 10, при этом АТС 9 устанавливают с базированием его геометрического центра симметрии на геометрической оси вращения поворотного стола 2.
7. Задают шаг углового позиционирования АТС 9 в азимутальной плоскости по отношению к антеннам 5, 6 радиокоммуникатора 7.
8. В каждом из заданных угловых (азимутальных) положений АТС 9 относительно антенн 5, 6 радиокоммуникатора 7 определяют уровень сигнала прекращения/прерывания GSM радиосвязи между приемопередатчиком 10 СВЭС и радиокоммуникатором 7.
9. По завершению измерений определяют количество угловых позиций АТС, при которых уровень реализуемого СВЭС сигнала прекращения GSM радиосвязи ниже предельного уровня, вычисленного на основании результатов испытаний эталонных приемо-передатчиков 3 в соответствие с математическим выражением 4.
10. В соответствие с математическим выражением 1, рассчитывают отношение количества угловых позиций АТС 9, при которых уровень сигнала прекращения GSM радиосвязи ниже рассчитанного в соответствие с математическим выражением 4 предельного уровня, ко всем позициям угловых положений АТС и сравнивают, в соответствие с матеатическим выражением 6, с предельным показателем (Pпр) осуществления GSM связи приемо-передатчика 10 АТС и радиокоммуникатора 7.
пр
пр
11. По результатам произведенных измерений и вычислений определяют соответствие интегрированной в конструкцию АТС 9 СВЭС требованиям по дальности радиосвязи. Гарантированным критерием положительного заключения является выполнение условия неравенства 6 (Р ≥ Р), при этом, если не оговорено в регламентирующей документации, предельный показатель осуществления GSM связи между приемо-передатчиком СВЭС АТС и имитатором базовой станции (Р) принимается равным 0,8.
Предлагаемый в изобретении способ испытаний систем/устройств вызова экстренных оперативных служб АТС обеспечивает возможность выбора наиболее оптимальных конфигурации и компоновки компонентов СВЭС в составе АТС и, как следствие, возможность реализации в азимутальной плоскости АТС GSM связи достаточной дальности.