Evaluation of the next generation FTI systems for military trainer aircraft

The aim of this thesis is to analyse the state of the art of network-based Flight Test Instrumentation (FTI). Pulse-Code Modulation (PCM) based systems have represented the standard for FTI applications for many decades. This technology, with the adoption of time division multiplexing, guarantees a synchronous and deterministic sampling of the parameters. The limitation of these type of systems is their rigid architecture and the relatively low data rate, considering the increasing of the parameters recorded over the years. Conversely, network-based FTI are based on the Internet Protocol and the data are not transmitted in a continuous stream, like in PCM systems, but are collected into discrete packets. The use of network technology allows to obtain higher transfer rate, a more flexible architecture, bi-directional data transmission between the nodes, the possibility to assign a level of priority to the parameters and a easier integration of third parties components. Synchronization in the network is obtained with the use of PTP protocol. A market analysis to evaluate the network-based FTI systems available at this time has been performed. Starting from a list of parameters that must be sampled, a preliminary Data Acquisition Units configuration with an estimation of their size and weight for each system is presented. In general, all the systems allow for a reduction of the size compared to the MCDAU-2000 PCM-based system. Some of the systems analysed are natively network-based and can fully exploit the advantages described before, but since they are new on the market some of the DAU modules have not been developed yet. In this case, the use of hybrid systems is necessary to sample all the parameters requested. Others system were developed and adapted from already existing PCM-based systems. In these cases, they may have limited performance compared to a natively network-based system.

Lo scopo di questa tesi è di analizzare lo stato dell'arte dei sistemi di acquisizione dati per le prove in volo (sistemi FTI) basati su reti network. La tecnologia Pulse-Code Modulation (PCM) ha rappresentato lo standard per i sistemi FTI per molti decenni. Con l'utilizzo del time division multiplexing, questi sistemi permettono un'acquisizione sincrona e deterministica dei parametri. Le limitazioni di questi sistemi sono la loro architettura rigida e la loro relativa bassa velocità di trasferimento, considerando l'incremento dei dati registrati nel corso degli anni. Al contrario, i sistemi FTI basati su tecnologia network utilizzano il protocollo Internet e i dati non vengono più inviati in un flusso continuo, ma sono trasmessi in pacchetti. Questa tecnologia permette di ottenere maggiori velocità di trasferimento, un'architettura più flessibile, comunicazioni bidirezionali tra i nodi, di assegnare una priorità ai parametri e una più semplice integrazione coi sistemi di terze parti. La sincronizzazione nella rete viene ottenuta con l'utilizzo del protocollo PTP. È stata effettuata un'analisi di mercato per valutare i sistemi basati su reti network disponibili al momento. A partire da una lista di parametri da acquisire, viene presentata una configurazione preliminare delle unità di acquisizione con una stima del loro peso e delle loro dimensioni. In generale, tutti i sistemi permettono una diminuzione delle dimensioni confrontati al sistema MCDAU-2000 basato su tecnologia PCM. Alcuni dei sistemi sono stati progettati dall'inizio per funzionare su reti network e quindi possono sfruttare completamente i vantaggi descritti precedentemente, ma essendo nuovi sul mercato alcuni moduli di acquisizione potrebbero non essere ancora disponibili. In questo caso, l'utilizzo di sistemi ibridi è necessario per acquisire tutti i parametri richiesti. Altri sistemi sono stati invece sviluppati e adattati a partire da sistemi PCM, è quindi possibile che le loro prestazioni siano limitate rispetto a sistemi che sono nativamente basati su tecnologie network.