【应用】Xsens MTi-G-710用于新型TSPI飞行测试仪，尺寸仅有57mm42mm23.5mm

时间： 2021-02-01 来源：Xsens

技术问答

在选择组件时，尺寸和重量通常是飞机设计师优先考虑的参数。由于机身内部空间总是有限的，飞机重量越轻，在起飞和空中运行时所需的能量和燃料就越少。

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新型的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57mm*42mm*23.5mm。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目前使用的独立TSPI系统不满意，尤其表现在小型的飞机的应用上。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飞行测试仪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，大多数大型商用飞机都有内置的TSPI系统以支持飞行测试。但是小型或低配置的飞机却没有，因此在它们身上进行飞行测试需要使用专用的TSPI系统。如今，在商用航空中普遍使用的TSPI仪器基于光纤陀螺仪（FOG）而制造的，这是一种传统上比较受欢迎的机械设备，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（FOG）在航空航天应用中仍然有三个主要缺点：

● 体积太大，很难安装在狭窄的机身中

● 重量太重，如果在飞机操纵过程中意外脱落，其重量则会带来巨大的安全隐患

● 容易过热

此外，基于常规光纤陀螺仪（FOG）的TSPI系统通常需要差分GPS卫星定位接收器才能获得准确的高度读数。目前可以通过订阅可以获得差分GPS信号，但价格昂贵。

因此，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GPS差分订阅的所需的费用。CDO 技术公司的研究工程师克里斯·史密斯（Chris Smith）介绍了开发人员在学习使用Xsens GNSS / INS模块进行潜艇的位置测量方面取得的突破。潜艇跟飞机一样，为电子设备提供了具有挑战性的操作环境。在许多方面，潜艇进行的3D空间类似于飞机飞行的空中环境。与飞机一样，潜艇的设备大小也受空间限制，这就是拥有小体积的Xsens MTi惯性传感器在此应用中颇具吸引力的点。

CDO技术公司要求我们研究并选择更适合用于轻型飞机的TSPI设备，该设备比传统的基于FOG的系统更轻巧。在潜艇使用Xsens运动传感器后，答案显而易见。该设备是用于TSPI系统的现成的一体式传感器系统，它提供了TSPI设备所需的所有位置测量，并且由于它作为集成模块提供，因此该设备的输出得以同步和校准。

MTi-G-710内置一个 3D加速度计， 3D MEMS陀螺仪，3D磁力计，GNSS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，还提供了连接到外部GPS天线的接口。MTi-G-710的传感器融合算法可以智能配置每个传感器的输出，简化了CDO团队的软件开发：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400Hz——所有的这些测量数据都是新型TSPI原型机所需要的。

由于Xsens传感器和GPS天线的尺寸很小，所以TSPI系统测试原型的安装很简单——只需将这些模块粘贴到飞机机舱地板上，然后插入平板电脑的连接器即可。

克里斯·史密斯（Chris Smith）对MTi-G-710的性能非常满意。与传统的机械光纤陀螺（FOG）系统相比，它在尺寸和重量上节省了大量的成本，但是在性能上却更进一步。它可以与标准GPS信号一起使用，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。总体而言，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系统更好，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。

CDO的Chris Smith表示：“我们对CDO原型机的评估非常成功。我们现在已受到美国政府的邀请，将我们的原型推进到高级系统测试中进行部署。我很高兴我们能够实现减轻TSPI设备的重量，尺寸和降低成本的目标。而且我敢肯定，我们的开发时间比我们预期的要短得多，这归功于MTi-G-710传感器提供的全面功能和用户友好的界面输出简化了硬件和软件的设计难度，并可在Getac平板电脑上成功运行。

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