Quando il PXI-8176 prese il volo…

Author(s):
S. Cupelli - VITROCISET
G. Vignolo - VITROCISET

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
Chassis, Digital I/O, LabVIEW, Multifunction DAQ, Embedded

The Challenge:
Ristrutturazione del sistema NAFIS (Navaid Flight Inspection System) per il controllo in volo degli impianti adibiti alla navigazione aerea e all’atterraggio strumentale, installato a bordo dell’aeromobile CESSNA Citation VII I-BLUB, velivolo radiomisure del gruppo Vitrociset. Le attività di controllo in volo/calibrazione sono applicate per le radioassistenze di rotta e di avvicinamento strumentale: Instrumental Landing System (ILS, Cat I, II, III), Marker Beacon (MKR), VHF Omni-Directional Radio Range (VOR), Tactical Air Navigation (TACAN), Non Directional Beacon (NDB), VHF/UHF Communication (VHF/UHF COMM), Microwave Landing System (MLS), Distance Measuring Equipment (DME), Primary Surveillance Radar (PSR), Secondary Surveillance Radar (SSR), Precision Approach Radar (PAR), Precision Area Navigation (P-RNAV), Precision Approach Path Indicator (PAPI), Visual Approach Slope Indicator (VASI). Attraverso l’attività di monitoraggio delle emissioni radioelettriche dei suddetti impianti di assistenza alla navigazione, l’aereo radiomisure controlla che i parametri dei segnali emessi siano entro i limiti di tolleranza previsti dalle Normative Internazionali vigenti fissate dall’ICAO, garantendo, in tal modo, la sicurezza delle varie fasi del volo, in particolare di quella dell’atterraggio strumentale. Il velivolo esternamente è equipaggiato con un set di antenne dedicate all’attività radiomisure, mentre all’interno è predisposto per accogliere la console che comprende gli apparati di ricezione, di processamento e presentazione dati. L’ammodernamento del sistema NAFIS è stato necessario per risolvere due problemi fondamentali: ridurre l’ingombro volumetrico a bordo e migliorare le prestazioni del sistema mediante l’utilizzo di componenti hardware tecnologicamente avanzati.

The Solution:
La nuova versione del sistema NAFIS si avvale del controller embedded NI PXI-8176 sul quale è installato il sistema operativo RedHat Linux 7.2. Il PXI gestisce il posizionamento del velivolo, in pratica la sua posizione assoluta nello spazio, mediante il sistema DGPS (Differential GPS) interfacciato via seriale RS 232 (scheda NI PXI-8420) e la piattaforma inerziale laser (LIRS) interfacciata via bus digitale Arinc-429 (scheda Condor Engineering CEI 620). Il ricevitore GPS di bordo (Rover) riceve dalla stazione di terra (GPS Base) i dati di correzione differenziale via ponte radio UHF/VHF: in questa modalità il filtro di Kalman presente nel sistema NAFIS determina la posizione del velivolo con una accuratezza di circa 3 cm fino ad una distanza di 28 NM (circa 60 Km) dalla stazione base.

Descrizione Software Applicativo

Il PXI è collegato agli apparati di ricezione di bordo tramite la scheda Condor Engineering CEI 620 che consente l’acquisizione dei segnali in formato digitale su protocollo ARINC-429 (16 canali TX e 16 canali RX ) e la sintonia dei ricevitori in uso con semplici comandi via software digitati dall’operatore.

L’acquisizione dei segnali analogici (status degli apparati, livello campi elettromagnetici, segnali evento) viene effettuata tramite la scheda NI PXI-6071E Multifunction I/O, mentre con la scheda NI PXI-6527 Digital I/O è possibile inviare al sistema di processamento una vasta gamma di comandi (setting delle antenne, accensione/spegnimento apparati, gestione degli eventi).

Il controller embedded NI PXI-8176, alloggiato in uno chassis NI PXI-1000B, è stato selezionato per sostituire il pre-esistente sistema di processamento di bordo (IBM PS2/77 486 DX2) che necessitava di due ingombranti dispositivi esterni di memoria (unità disco rimovibile Bernouilli) per contenere gli applicativi software e di un ulteriore unità disco per la registrazione dei dati rilevati durante il controllo in volo, il tutto alimentato a 220 Vac.

Pertanto l’avvento dell’hardware di National Instruments ha permesso una notevole riduzione sia del peso a bordo (40 Kg), che degli assorbimenti elettici (250 W), la semplificazione della distribuzione dell’impianto di alimentazione (solo 28 Vdc), la riduzione degli ingombri con la conseguente rimozione di uno dei tre rack che costituivano il supporto hardware della console, la possibilità di caricare applicativi e registrazioni in un unico hard disk (40 Gb), l’uso di una stampante collegata al PXI su porta USB, che ha rimpiazzato un plotter a carta termica del peso di 17 Kg.

Inoltre la precedente versione del sistema NAFIS prevedeva due voluminose interfacce computer/ricevitori Colorado 64B, collegate al computer via HP-IB, munite di un set di schede analogiche/digitali con tecnologia degli anni ‘80, con notevole dispendio di peso, spazio ed assorbimento elettrico.

La nuova configurazione hardware prevede l’uso delle schede interfaccia analogiche e digitali (NI PXI-6071E Multifunction I/O, NI PXI-6527 Digital I/O, NI PXI-8420 RS 232 serial, Condor Engineering CEI 620), direttamente inseribili all’interno del mainframe NI PXI-1000B, consentendo così una notevole riduzione di interferenze EMI, e, non da ultimo, una maggior praticità nell’installazione e rimozione delle schede.

Il software applicativo, interamente sviluppato dal gruppo Vitrociset, effettua la gestione (acquisizione, analisi, memorizzazione, presentazione) dei segnali rilevati dai ricevitori che vengono visualizzati in tempo reale per l’uso dell’operatore radiomisure, dando modo di intervenire immediatamente sui malfunzionamenti degli apparati di terra.
Sfruttando le potenzialità del PXI gli sviluppatori software del gruppo Vitrociset sono stati in grado di apportare modifiche volte ad aumentare le prestazioni del sistema in termini di capacità di memorizzazione dati, presentazione dati (grafici real-time) e velocità di processamento dati.

La missione radiomisure non si esaurisce con il solo controllo in volo; tutte le registrazioni acquisite vengono successivamente analizzate nei laboratori Vitrociset. Questa analisi a terra che fa uso di un altro controller NI PXI-8176 con le stesse caratteristiche di quello di bordo, risulta molto complessa e dettagliata: è possibile rivedere ogni avvicinamento effettuato tramite simulatore e vengono prodotti i grafici di tutti i parametri rilevati in volo sia su formato cartaceo che in formato jpeg, ed infine viene stilato un report finale per il cliente contenente i valori dei parametri più significativi dell’impianto controllato.

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