Xsens MTi-G系列在新型TSPI飞行测试仪上的应用

当飞行器设计者选择飞机部件时，部件的尺寸和重量往往是他们优先考虑的因素。由于机身内部的空间总量是有限的。飞机越轻，将飞机送上空中的发动机的功率需要的就越少，相对的燃油的消耗也会随之降低，从而达到节省飞行的成本的目的。

因此，航天航空工程师们经常被要求减小部件或者子系统的尺寸和并降低它们的重量。而这一步骤通常需要优先对先进的航空航天制造材料进行有效的评估，或者要求工程设计师对工程的设计或者过程的实施进行彻底的推倒重来。

近日CDO科技公司受美国政府邀请正在研发一个先进的TSPI（时间空间定位信息）飞行器测试装置，他们设计的硬件相当简单这使得飞行测试器原型机的尺寸非常小，重量非常轻。CDO的原型机硬件由一些粘性的窄胶带，一台加固型笔记本电脑，GPS天线和火柴盒大小的Xsens惯性传感器构成。

TSPI原型机硬件系统所使用的惯性传感器是Xsens MTi-G-710。这套惯性导航系统的尺寸仅有57毫米*42毫米*23.5毫米。并且提供跟踪飞机姿态、位置和高度所需的实时全面运动测量数据和GPS信号。当该系统与COD公司开发的专用飞行试验数据记录软件相结合时，原型系统带来令人惊艳的表现。

CDO开发新一代飞行测试系统的起因是由于对于独立的TSPI系统不满意，尤其表现在一些小型的飞行器上。众所周知TSPI系统是每一个飞行测试的基本要素：当需要进行飞行器系统如交流功能，航线控制功能和引擎功能的测试时，TPSI系统让测试者更加了解被测试的飞行系统，使用TPSI系统的飞机工程师能够记录飞机在已知速度、加速度、高度和姿态下的表现。

如今大多数的大型商用飞机都有内置的TSPI仪器来支持飞行测试。但更小或更便宜的飞机却没有，因此在它们身上进行飞行测试需要使用专用的TSPI仪器。如今在商业航空中普遍使用的TSPI设备是基于光纤陀螺仪而制造的，这是一种传统上受到青睐的机械设备，因为它对于飞机姿态和位置测量具有非常高的精度。

但是光纤陀螺仪在航天应用中仍然有三个主要缺点:

l 体积很大，很难容纳在狭窄的机身里

l 很重——如果它在飞机飞行的过程中意外脱落，它的重量则会带来巨大的安全隐患

l 容易过热

此外，基于传统光纤陀螺仪的TSPI系统通常需要差分全球定位系统卫星定位接收器来获得精确的高度读数。目前通过订阅可以获得差分全球定位系统信号，但价格昂贵。

新型TSPI原型机的目标是改进所有这些功能，为新TSPI创造一个比现在普遍使用的TSPI小得多、轻得多的工作设计，并避免支付全球定位系统差分订阅的所需的费用。CDO科技公司的研究工程师克里斯·史密斯（Chris Smith）叙述了开发人员学习使用全球导航卫星系统/惯性导航系统模块用于潜艇的位置测量的过程。潜艇和飞机一样，为电子设备提供了一个具有挑战性的操作环境。在许多方面，潜艇运行的3D空间类似于飞机移动的空中环境。像飞机一样，潜艇的设备大小也受到空间的限制，这就是拥有小体积的Xsens运动传感器在该案例中具有重要作用的原因。

MTi-G-710的外壳内包含有一个3D加速计,3D微机电陀螺仪、3D磁力计、全球导航卫星系统接收器和气压计，所有的这些组件都以非常高的精确度和准确度运行。除此之外MTi-G-710还提供了与外部GPS天线连接的接口。MTi-G-710传感器整合软件可以智能地将每个传感器的输出信息整合在一起，有助于简化CDO团队对于软件的开发：MTi-G-710的输出数据是一个精确定时的数据流包含摆动数据、俯仰倾斜数据、偏航数据、位置数据、速度数据和高度测量数据的所有数据，采样速率高达400赫兹——所有的这些测量数据都是新型TSPI原型机所需要的。

克里斯和他的团队利用他们在飞行系统技术方面的专业知识开发了一个用户界面和后端日志系统。该系统为飞行测试工程师提供了一个用户界面，以便在飞行测试期间实时监控TSPI系统的数据输出，并将数据记录用于飞行测试后的分析。

因为Xsens传感器和全球定位系统天线体积非常小，所以TSPI系统测试原型的安装很简单——这些单元可以简单地贴在飞机机舱的地板上，然后插入平板电脑的连接器。

克里斯·史密斯（Chris Smith）对原型机的性能很满意。与传统的机械光纤陀螺仪系统相比，它在尺寸和重量上节省了大量宝贵的成本，但是在性能上却更进一步。它可以与标准的全球定位系统一起使用，因为MTi-G-710的高度(气压计)支持修正接收器的高度输出。这节省了差分全球定位系统接收器所需的订阅成本。

总的来说，由CDO的TSPI原型机的测量的精度、精确度和可靠性比目前普遍航空公司使用的更大更重的商业级TSPI系统要稍好一些，而且CDO新型的TSPI原型机使用成本还要比现有的TSPI系统要低许多。

克里斯·史密斯说道：“我们对CDO原型机的评估非常成功。我们现在应美国政府的邀请，将我们的原型机进行高级系统测试，以便进行部署。我们能够实现降低TSPI仪器的重量、尺寸和成本的目标这让我非常高兴。我们的开发时间比我们预期的要短得多，这要归功于Xsens MTi-G-710传感器使我们简化了许多硬件和软件上的设计。”

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