Development of a WiFi-based telemetry system for ULM flight testing

The thesis presents the development of an all automatic telemetry system for a real-time download and visualization of flight data acquired from the "Mnemosine MkV" system installed inside the aircraft. The possibility to control instantly the various flight parameters guarantees a high security level for the entire test staff team. Since 2005 DSTA-Polimi has begun the development of a sensors suite for the flight data acquisition called "Mnemosine". The system had been designed especially for those aircraft that belong to the Ultra Light Machines class. After few years of development and field tests, the system has now reached the fifth generation called "Mnemosine MkV". Thanks to the use of a motorized positioner and two WiFi antennas, a steerable antenna station has been developed to be able to "chase" the aircraft in the sky and download flight data also when there is a high distance between the aircraft and the WiFi antennas. The steerable antenna station has been designed in order to be installed in the open air. Once the flight data are acquired, these ones are transmitted, always through a radio link, to the Ground Station PC located in a protected environment. The Ground Station PC will update the positioner angles in order to guarantee the onboard-ground link integrity thanks to the aircraft GPS and the steerable antenna station data. The data analysis, which were acquired in real conditions during the different flight tests undertaken in May 2015, have permitted the identification of positive improvement margins that, if studied in an accurate manner, should increase the performances of the entire telemetry system.

La tesi presenta il lavoro di sviluppo di un sistema di telemetria del tutto automatico per il download e la visualizzazione in tempo reale dei dati di volo acquisiti dalla suite "Mnemosine MkV" installata a bordo del velivolo. La possibilità di monitorare i vari parametri di volo istantaneamente garantisce un livello di sicurezza elevato per l’intero team di test al lavoro. Dal 2005 il DSTA-Polimi ha iniziato lo sviluppo di una suite di sensori per l’acquisizione di dati di volo chiamato Mnemosine. Il sistema è progettato in particolare per quei velivoli che appartengono alla classe Ultra Light Machines. Dopo qualche anno di sviluppo e prove sul campo, il sistema ha ora raggiunto la quinta generazione chiamata Mnemosine MkV. Tramite l’impiego di un posizionatore motorizzato e di due antenne WiFi è stata costruita un’antenna direzionale, da disporre all’aperto, in grado di "inseguire" il velivolo nel cielo e poter scaricare i dati anche nel momento in cui la distanza tra l’aereo e le antenne è elevata. Una volta acquisiti i dati provenienti dal velivolo, essi vengono trasmessi, sempre via radio, al PC della stazione di terra situato in ambiente protetto; sarà questo, attraverso i dati GPS del velivolo e dell’antenna direzionale, ad aggiornare il movimento del posizionatore e quindi continuare a garantire il collegamento bordo-terra. L’analisi dei dati, acquisiti in condizioni reali durante diversi test svolti a Maggio 2015, hanno permesso di identificare buoni margini di miglioramento che, se studiati in modo approfondito, potranno incrementare la performance dell’intero sistema di telemetria.