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航空電子
飛機上所有電子系統(tǒng)的總和
航空電子是指飛機上所有電子系統(tǒng)的總和。一個最基本的航空電子系統(tǒng)由通信、導(dǎo)航和顯示管理等多個系統(tǒng)構(gòu)成。
基本信息
| 中文名 | 航空電子 |
| 外文名 | Avionics |
| 類別 | 飛機上所有電子系統(tǒng) |
| 構(gòu)成 | 通信、導(dǎo)航和顯示管理 |
歷史
航空電子
航空電子誕生于20世紀(jì)70年代。伴隨著電子工業(yè)走向一體化，航空電子市場蓬勃發(fā)展起來。在70年代早期，全世界90%以上的半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用在軍用飛機上。到了90年代，這個比例已不足1%。從70年代末開始，航空電子已逐漸成為飛機設(shè)計中一個獨立部門。
推動航電技術(shù)發(fā)展的主要動力來源于冷戰(zhàn)時期的軍事需要而非民用領(lǐng)域。數(shù)量龐大的飛機變成了會飛的傳感器平臺，如何使如此眾多的傳感器協(xié)同工作也成為了一個新的難題。時至今日，航電已成為軍機研發(fā)預(yù)算中最大的部分。粗略地估計一下，F(xiàn)-15E、F-14有80%的預(yù)算花在了航電系統(tǒng)上。
航空電子在民用市場也正在獲得巨大的成長。飛行控制系統(tǒng)（線傳飛控），苛刻空域條件帶來的新導(dǎo)航需求也促使開發(fā)成本相應(yīng)上漲。隨著越來越多的人將飛機作為自己出行的首要交通工具，人們也不斷開發(fā)出更為精細(xì)的控制技術(shù)來保證飛機在有限的空域環(huán)境下的安全性。同時，民機天然要求將所有的航電系統(tǒng)都限制在駕駛倉內(nèi)，從而使民機在預(yù)算和開發(fā)方面第一次影響到軍事領(lǐng)域。
航空電子設(shè)備走過了漫長的發(fā)展道路，經(jīng)歷了幾次大的變革，每一次變革都使飛機的性能獲得提高，并且進(jìn)一步推動航空電子技術(shù)的發(fā)展。在航空電子系統(tǒng)發(fā)展中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷演變，因此航空電子系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”成為劃時代的主要依據(jù)。
早期的航空電子系統(tǒng)為 分立式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由許多“獨立的”子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)必須依賴于駕駛員的操作（輸入），駕駛員不斷從各子系統(tǒng)接收信息，保持對武器系統(tǒng)及外界態(tài)勢的了解，五十年代的戰(zhàn)斗機F-100、F-101等使用了典型的分立式結(jié)構(gòu)。
混合式結(jié)構(gòu)是向綜合化過渡的一種結(jié)構(gòu)形態(tài)，它出現(xiàn)了部分子系統(tǒng)之間的綜合，例如火控計算機、平顯、火控雷達(dá)等之間的綜合；大氣數(shù)據(jù)計算機、高度表、空速表、垂直速度表、攻擊傳感器、大氣溫度傳感器的組合；飛行指引計算機、航恣系統(tǒng)、塔康等結(jié)合。各分系統(tǒng)通過廣播式數(shù)據(jù)傳輸總線（如ARINC429）連接。
聯(lián)合式結(jié)構(gòu)（也稱綜合化結(jié)構(gòu)）是美國DAIS研究計劃的主要成果，它通過1553總線將大多數(shù)航空電子分系統(tǒng)交聯(lián)起來，實現(xiàn)信息的統(tǒng)一調(diào)度。這一時期的另一重要特點是電子技術(shù)開始應(yīng)用于飛行的關(guān)鍵部位，如飛行控制及地形跟隨，同時，傳感器和分系統(tǒng)的能力不斷增加，如雷達(dá)的能力、紅外傳感器、激光測距、電子戰(zhàn)設(shè)備等。美國現(xiàn)役戰(zhàn)斗機都使用這種結(jié)構(gòu)，如F-16C/D、F/A-18、F-15E等。這種結(jié)構(gòu)在美國等國已成為成熟技術(shù)，很多飛機的改型、更新大多采用這種系統(tǒng)。
新一代航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（即更高程度的綜合化結(jié)構(gòu)）是以美國“寶石柱（Pave Pillar）”計劃為基礎(chǔ)建立起來的結(jié)構(gòu)概念。該計劃完成于八十年代，實現(xiàn)“寶石柱”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第一架戰(zhàn)斗機是美國的F-22戰(zhàn)斗機，RAH-66輕型攻擊/偵察直升機也使用了這種結(jié)構(gòu)，各分系統(tǒng)間以1553和HSDB（高速數(shù)據(jù)總線）相連接。
繼“寶石柱”計劃后，美國正在推行“寶石臺”（Pave Pale）計劃，在縱深方向上繼續(xù)推行綜合化。一方面，系統(tǒng)中實現(xiàn)了各系統(tǒng)處理功能的綜合（通用處理模塊、動態(tài)重構(gòu)）并進(jìn)而實現(xiàn)傳感器功能及信號處理功能的綜合化；另一方面，綜合化的范圍也在擴展。包括了以前相對獨立的飛行控制、發(fā)動機控制、通用設(shè)備控制，形成了飛機管理系統(tǒng)的概念，這種結(jié)構(gòu)將應(yīng)用于二十一世紀(jì)的美國軍用飛機。
設(shè)計約束
飛機上的任何設(shè)備都必須滿足一系列苛刻的設(shè)計約束。飛機所面臨的電子環(huán)境是獨特的，有時甚至是高度復(fù)雜的。
制造任何飛機都面臨許多昂貴，耗時，麻煩和困難的方面，而適航性認(rèn)證則是其中之一。隨著飛機及機組人員愈來愈依賴于航電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的健壯性便變得非常重要了。建造航空電子系統(tǒng)的一個必要因素就是要求飛行控制系統(tǒng)在任何時候都不能失效。然而，飛機上任何一種系統(tǒng)都對健壯性有一定程度的要求。
集成
航空電子
物理環(huán)境
飛行環(huán)境不同，系統(tǒng)用途各異。某些系統(tǒng)需要比其他更為健壯。今天所有的航空電子系統(tǒng)都需要通過特定水平的環(huán)境測試。所以魯棒性設(shè)計日益重要。
測試的形式多種多樣，許多飛機生產(chǎn)商更會預(yù)先規(guī)定如何測試。隨著航電設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種適航認(rèn)證（如英國的CAA或美國的FAA）制定了這些設(shè)備必須滿足的性能標(biāo)準(zhǔn)。制造商們則在此基礎(chǔ)上制定了這些設(shè)備必須滿足的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航電制造商所必須遵循的飛機零件測試方法及等級。例如鹽水噴射，防水性，模具成長，以及外部污漬之類的測試。目前提供給制造商的這類航電標(biāo)準(zhǔn)有BS 3G 100,MIL-STD-810,DEF STAN 00-35等等。在進(jìn)行每一項單獨測試前，我們首先得評估其是否適用。例如，鹽水噴射測試對裝在密封架內(nèi)的設(shè)備就沒有什么必要。制造商們通過交叉引用這些標(biāo)準(zhǔn)，維護測試等級，經(jīng)常會生成更為通用的需求。這些需求并不規(guī)定性能，而是對設(shè)備的操作環(huán)境的一種描述。
電磁兼容性
眾所周知，電磁兼容性(EMC）是一項評估電力電子系統(tǒng)相互影響的活動。在飛機世界里，電磁兼容性可導(dǎo)致各種各樣的問題。飛機及其設(shè)備一般使用測試范圍更廣的特定標(biāo)準(zhǔn)，如DEF Stan 59-41,MIL-STD-464等。
振動
即使是最平穩(wěn)的飛機（如民航干線飛機），振動也是一個非常嚴(yán)重的問題，對可靠性影響很大。更不用說像直升機那樣顛簸的飛機，振動已成為設(shè)計中最主要的驅(qū)動因素。雖然有一些針對振動問題的飛機標(biāo)準(zhǔn)，但許多設(shè)計者們并沒有意識到它們。共振問題對于每一架出廠飛機固然不同，更不用說對不同型號的飛機了。
系統(tǒng)安全性
飛機上的所有零部件都要定期接收系統(tǒng)安全性分析。在航電領(lǐng)域，這項工作主要是由各個國家的適航認(rèn)證部門來執(zhí)行的。對于民機，總是由FAA或者EASA(JAA）來認(rèn)證其安全性。對于軍機，雖然也有一些世界標(biāo)準(zhǔn)，但大部分軍機買方認(rèn)證執(zhí)行的是當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)（如DEF Stan 00-56）。
在飛機設(shè)計中，安全性設(shè)計一般表述為可靠性及耐用性，極大地影響著飛機設(shè)計方法。任何應(yīng)用于航電系統(tǒng)的軟件都要接受嚴(yán)格的安全性審查。
質(zhì)量
航空電子設(shè)備的采購在全球范圍內(nèi)已被少數(shù)幾大巨頭所壟斷。通過提供“盒裝部件”，即所謂的LRU（航線可更換組件），打包，測試以及配置管理等活動，他們幾乎壟斷了整個航空電子產(chǎn)業(yè)。對于任何工業(yè)領(lǐng)域，質(zhì)量控制都是一個非常重要的部分。而在航空領(lǐng)域，航電產(chǎn)品供貨商則可能毀了整個方案（參看波音Chinook事件）。如今ISO 9001所頒布的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)雖然已被主要工業(yè)所采用，而主要的飛機制造商對于他們所交付的文檔和硬件還有更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。人們經(jīng)常說飛機不是依靠燃油飛行，而是依靠文檔工作來飛行。因為任何一個LRU（一個無線電設(shè)備或儀器）都要產(chǎn)生大量的文檔。
簡介
航空電子
航空電子研究正以驚人的速度改變著航空航天技術(shù)，起初，航空電子設(shè)備只是一架飛機的附屬系統(tǒng)；而如今，許多飛機存在的唯一目的即為搭載這些設(shè)備，軍用飛機正日益成為一種集成了各種強大而敏感的傳感器的戰(zhàn)斗平臺。
主要領(lǐng)域
電子系統(tǒng)
在任何飛機上，駕駛艙都處于航電系統(tǒng)中最顯著的位置。這也是最困難和最有爭議的問題。所有可以直接控制飛機安全飛行的系統(tǒng)都可以由飛行員直接控制。那些對飛機安全性很關(guān)鍵的系統(tǒng)也都指向航電系統(tǒng)。
通信系統(tǒng)
也許是航電系統(tǒng)中最先出現(xiàn)的，飛機和地面的通信能力從一開始就是至關(guān)重要的。遠(yuǎn)程通信爆發(fā)式的增長意味著飛機（民機和軍機）必須攜帶著一大堆的通信設(shè)備。其中一小部分提供了關(guān)乎乘客安全的空地通信系統(tǒng)。機載通信是由公共地址系統(tǒng)和飛機交互通信提供的。
導(dǎo)航系統(tǒng)
本文所關(guān)注的導(dǎo)航其含義為如何確定地球表明以上的位置和方向。
在通信系統(tǒng)出現(xiàn)不久，飛行能力就受限于上述這些條件了。從早期開始，為了飛行安全性，人們就開發(fā)出導(dǎo)航傳感器來幫助飛行員。除了通信設(shè)備，飛機上現(xiàn)在又安裝了一大堆無線電導(dǎo)航設(shè)備。
顯示系統(tǒng)
航電系統(tǒng)的獨立出現(xiàn)是緊隨這些功能的集成工作之后的。很早之前，生產(chǎn)商們就努力開發(fā)更可靠和更好的系統(tǒng)來顯示關(guān)鍵的飛行信息。真正的玻璃駕駛倉是在最近5年才出現(xiàn)的。LCD或者CRT經(jīng)常會倒退回傳統(tǒng)的儀表。
如今，LCD顯示的可靠性已足以讓“玻璃”顯示成為關(guān)鍵備份。但這只是表面因素。顯示系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢查關(guān)鍵的傳感器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能讓飛機在嚴(yán)苛的環(huán)境里安全的飛行。顯示軟件是以飛行控制軟件同樣的要求開發(fā)出來的，他們對飛行員同等重要。這些顯示系統(tǒng)以多種方式確定高度和方位，并安全方便地將這些數(shù)據(jù)提供給機組人員。
防撞系統(tǒng)
為了增強空中交通管制，大型運輸機和略小些的使用空中防撞系統(tǒng) (Traffic Alert and Collision Avoidance System 交通警告及防撞系統(tǒng)），它可以檢測出附近的其他飛機，并提供防止空中相撞的指令。小飛機也許會使用簡單一些的空中警告系統(tǒng)，如TPAS，他們以一種被動方式工作，不會主動詢問其他飛機的異頻雷達(dá)收發(fā)器信號，也不提供解決沖撞的建議。
為了防止和地面相撞，飛機上安裝了諸如近地警告系統(tǒng)（GPWS,Ground Proximity Warning System），這種系統(tǒng)通常含有一個雷達(dá)測高計。新的系統(tǒng)使用GPS和地形和障礙物數(shù)據(jù)庫為輕型飛機提供同樣的功能。
氣象雷達(dá)
氣象系統(tǒng)如氣象雷達(dá)（典型如商用飛機上的ARINC 708）和閃電探測器對于夜間飛行或者指令指揮飛行非常重要，因為此時飛行員無法看到前方的氣象條件。暴雨（雷達(dá)可感知）或閃電都意味著強烈的對流和湍流，而氣象系統(tǒng)則可以使飛行員繞過這些區(qū)域。
在最近，駕駛艙氣象系統(tǒng)有了三項最重要的改革。首先，這些設(shè)備（尤其是閃電探測器如Stormscope或Strikefinder）已便宜了很多，甚至可以裝備在小型飛機上了。其次，除了傳統(tǒng)雷達(dá)和閃電探測器，通過連接衛(wèi)星數(shù)據(jù)，飛行員可以獲得遠(yuǎn)超過機載系統(tǒng)本身能力的雷達(dá)氣象圖像。最后，現(xiàn)代顯示系統(tǒng)可以將氣象信息和移動地圖，地形，交通等信息集成在一個屏幕上，大大方便了飛行。
飛機管理系統(tǒng)
飛行管理系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，在原有的自動導(dǎo)航及通信控制及其他電子系統(tǒng)的技術(shù)上發(fā)展起來的?？铝炙梗–ollins）和霍尼韋爾（Honeywell）公司分別在其參與研發(fā)的麥道和波音飛機上率先引入集成的飛行管理系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，飛行管理系統(tǒng)的重要性不斷提高，成為飛機上最重要的人機交互接口。集成了飛飛行控制計算機，導(dǎo)航及性能計算等功能。中央計算機加上顯示和飛行控制系統(tǒng)，這三個核心系統(tǒng)使飛機上的所有系統(tǒng)（不僅僅是航電系統(tǒng)）更易于維護，更易于飛行，更安全。
引擎的監(jiān)控和管理很早就在飛機地面維護方面取得了一定進(jìn)展。如今這種監(jiān)控管理已經(jīng)最終延伸到飛機上的所有系統(tǒng)，并且延長了這些系統(tǒng)和零部件的壽命（同時降低了成本）。集成了健康及使用狀況監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS，Health and Usage Monitor Systems）后，飛機管理計算機就可以及時報告那些需要更換的零件。
有了飛機管理計算機或者飛行管理系統(tǒng)，機組人員就再也用不著一張張地圖和復(fù)雜的公式了。再加上數(shù)字飛行公文包，機組人員可以管理到小至每一個鉚釘?shù)娜魏畏矫妗?/span>
雖然航電設(shè)備制造商提供了飛行管理系統(tǒng)，不過目前還是傾向于由飛機制造商提供飛機管理和健康及使用狀況監(jiān)控系統(tǒng)。因為這些軟件依賴于它們裝載在何種飛機上。
戰(zhàn)術(shù)任務(wù)系統(tǒng)
航空電子的主要發(fā)展方向已轉(zhuǎn)向“駕駛艙背后”。軍用飛機或者是用來發(fā)射武器，或者是變成其他武器系統(tǒng)的眼睛和耳朵。緣于戰(zhàn)術(shù)需要，大堆的傳感器裝在軍用飛機上。更大的會飛的傳感器平臺（如E-3D,JSTARS,ASTOR,Nimrod MRA4,Merlin HM Mk 1）除了飛機管理系統(tǒng)，還會安裝任務(wù)管理系統(tǒng)。
隨著精巧的軍用傳感器的廣泛應(yīng)用，它們已變得無所不在，甚至已流入軍火黑市。警用飛機和電子偵察機如今則攜帶著更為精密的戰(zhàn)術(shù)傳感器。
雷達(dá)
空中雷達(dá)是主要的作戰(zhàn)傳感器之一。它和其地面基站一起，如今已發(fā)展得非常復(fù)雜?？罩欣走_(dá)最引人注目的一個變化就是可以在超遠(yuǎn)距離內(nèi)提供高度信息。這類雷達(dá)從早期預(yù)警雷達(dá)(AEW），反潛雷達(dá)（ASW），一直到氣象雷達(dá)（ARINC 708）和近地雷達(dá)。
軍用雷達(dá)有時用來幫助高速噴氣飛機低空飛行。雖然民用市場上的氣象雷達(dá)偶爾也作此用，但都有嚴(yán)格的限制。
聲納
聲納是緊隨著雷達(dá)出現(xiàn)的。好多軍用直升機上安裝了探水聲納，他們可以保護艦隊免遭來自潛艇和水面敵艦的攻擊。水上支援飛機可以釋放主動或被動式聲納浮標(biāo)，他們也用以確定敵方潛水艇的位置。
光電系統(tǒng)
光電系統(tǒng)覆蓋的設(shè)備范圍很廣，其中包括前視紅外系統(tǒng)（Forward Looking Infrared）和被動式紅外設(shè)備（Passive Infrared Device,PIDS）。這些設(shè)備都可以給機組提供紅外圖像。這些圖像可以獲得更好的目標(biāo)分辨率，從而用于一切搜救活動。
電子預(yù)警
電子支援（ESM,Electronic Support Measure）以及防御支援（DAS,Defensive Aids）常用于搜集威脅物或潛在威脅物的信息。它們最終用于發(fā)射武器（有時是自動發(fā)射）直接攻擊敵機。他們有時也用以確認(rèn)威脅物的狀態(tài)，甚至是辨識它們。
機載網(wǎng)絡(luò)
不管是軍用的，商用的，還是民用先進(jìn)機型的電子系統(tǒng)都是通過航空電子總線相互連接起來的。這些網(wǎng)絡(luò)在功能上和家用電腦網(wǎng)絡(luò)十分相似，然而在通訊和電子協(xié)議上區(qū)別很大。下面簡要列出最常見的航空電子總線協(xié)議及其主要應(yīng)用：
Aircraft Data Network (ADN): 飛機數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
ARINC 429: 商用飛機
ARINC 664: 參照上述ADN
ARINC 629: 商用飛機（波音 777）
ARINC 708: 商用飛機上的氣象雷達(dá)
ARINC 717: 商用飛機上的飛行數(shù)據(jù)記錄儀
MIL-STD-1553: 軍用飛機
空中救護
警用及空中救護飛機（大部分屬直升機）現(xiàn)在已成為一個重要的市場。軍機現(xiàn)在也常常用來幫助應(yīng)對民間的非暴力不合作事件。警用直升機幾乎都安裝了視頻或紅外熱成像儀，這樣就可以追蹤嫌疑犯或任何他們感興趣的東西。警用直升機也安裝了探照燈和擴音喇叭，這和警車上的用途是一樣的。
很顯然，空中救護或急救直升機上需要醫(yī)療器械，而這些很少被當(dāng)作航空電子設(shè)備。然而，很多急救和警用直升機需要在一些令人不安的環(huán)境中飛行，這就需要更多的傳感器，其中一些直到最近還被認(rèn)為是純粹的軍機設(shè)備。
系統(tǒng)特點
幾十年來，航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了分立式、混合式、聯(lián)合式向綜合化、高度綜合化方向發(fā)展。綜合化的航空電子系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了機上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預(yù)警機發(fā)送的信息，由此可以滿足現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭的需求?，F(xiàn)以美國的“寶石柱”結(jié)構(gòu)、F-22、“寶石臺”計劃為例，綜述新一代航空電子系統(tǒng)的特點。
功能區(qū)分
在功能劃分上，新一代系統(tǒng)已明顯從縱向劃分過渡到橫向劃分，提出了功能區(qū)分的概念。功能區(qū)分是整個系統(tǒng)中功能特性相近、任務(wù)關(guān)聯(lián)密切的部分，在同一功能區(qū)中可以實現(xiàn)資源共享，容易互為余度而實現(xiàn)動態(tài)的重構(gòu)及容錯。“寶石柱”結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)分為任務(wù)管理區(qū)、傳感器管理區(qū)、飛機管理區(qū)。
任務(wù)管理區(qū)由任務(wù)數(shù)據(jù)處理機、任務(wù)航空電子多路傳輸總線、塊多路傳輸總線、系統(tǒng)大容量存儲器、武器管理系統(tǒng)和任務(wù)航空電子總線接口組成。該區(qū)的功能為：任務(wù)計算與管理（如火力控制、目標(biāo)截獲、導(dǎo)航管理、防御管理、外掛管理、地形跟隨（TE)/地形回避（TA)/障礙回避（OA）、座艙管理、與其它兩個功能區(qū)交聯(lián)等）。
傳感器管理包括通用信號處理機、傳感器數(shù)據(jù)分配網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、視頻數(shù)據(jù)分配網(wǎng)絡(luò)、傳感器控制網(wǎng)絡(luò)組成。該區(qū)的功能為：傳感器數(shù)據(jù)分配、傳感器信號處理、處理后信號的分發(fā)、傳感器控制。
飛機管理區(qū)是由飛行控制、發(fā)動機控制、推力矢量控制、通用設(shè)備控制等幾部分功能綜合而形成，又稱為飛機管理系統(tǒng)（VMS），其功能為支援與控制功能有關(guān)的飛機的飛行。
深廣發(fā)展
新一代系統(tǒng)的第二個特點是綜合化進(jìn)一步向深、廣方向發(fā)展?！皩毷苯Y(jié)構(gòu)雖然提出了信號處理通用模塊及相應(yīng)處理群集器的一般結(jié)構(gòu)，但“寶石柱”實驗室演示系統(tǒng)和F-22的綜合化深度只達(dá)到數(shù)據(jù)處理資源一級，而“寶石臺”計劃的任務(wù)之一就是試圖進(jìn)一步在傳感器信號處理及傳感器天線孔位上實現(xiàn)綜合，在信號處理群集器中使用通用信號處理模塊。另一方面，飛機管理系統(tǒng)（VMS）本身就是綜合化向更廣范圍發(fā)展的例證，傳統(tǒng)的飛控系統(tǒng)是相對獨立的分系統(tǒng)（四余度系統(tǒng)），且一般不和通用設(shè)備等有關(guān)系。VMS使多種功能綜合起來，并置于整個系統(tǒng)的管理之下，綜合化的范圍實際上已覆蓋每個功能。
LRM登場
新一代系統(tǒng)的第三個特點是以外場可更換模塊（LRM）代替了外場可更換單元（LRU）為基礎(chǔ)構(gòu)成綜合航空電子系統(tǒng)。LRM是形成新一代系統(tǒng)其它特點的基礎(chǔ)，例如動態(tài)重構(gòu)、二級維修概念都是在LRM基礎(chǔ)上進(jìn)行的。LRM是系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)上和功能上相對獨立的單元，故障定位可以達(dá)到LRM一級，通過更換LRM而排除故障。LRM、智能化的機內(nèi)自檢、二級維修體制是構(gòu)成新一代系統(tǒng)維修概念的要素，使維修成本大大降低。
資源共享
新一代系統(tǒng)的第四個特點是在LRM一級上實現(xiàn)硬件資源共享和硬件余度。通過動態(tài)的程序加載，根據(jù)任務(wù)需要動態(tài)地組織LRM硬件，出現(xiàn)故障后則可進(jìn)行動態(tài)重構(gòu)，使系統(tǒng)繼續(xù)維持原有功能，即達(dá)到容錯的目的。這種動態(tài)的管理及調(diào)度原則和以前的系統(tǒng)大不相同，以前的系統(tǒng)基本上是“固定的”，而新一代系統(tǒng)則是“靈活的”，是根據(jù)實時的需要動態(tài)地完成配置或重構(gòu)，這樣的系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了容錯，推遲了必須進(jìn)行修理的時間，而且達(dá)到資源共享，提高了資源利用率?！皩毷苯Y(jié)構(gòu)和F-22系統(tǒng)都實現(xiàn)了這種動態(tài)調(diào)度的思想，例如任務(wù)數(shù)據(jù)處理機和F-22的CIP（通用綜合處理機）都是處理群集器，包括多塊數(shù)據(jù)處理機通用LRM。
智能化
新一代系統(tǒng)第五個特點是向智能化發(fā)展。當(dāng)代的航空電子系統(tǒng)只能將各種數(shù)據(jù)提供給駕駛員，或者經(jīng)過處理后給出引導(dǎo)性的指示信號，有時變換成易理解的直觀圖示方式，但最終的判定、決斷要駕駛員給出，美國正在研制的駕駛員助手系統(tǒng)（即專家系統(tǒng)）可以完成收集數(shù)據(jù)、推理和判斷并做出決斷，可以直接給出控制指令，也可以向駕駛員提出處理建議，由駕駛員決斷及實施控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究也取得很大進(jìn)展，應(yīng)用到機載后可以使航空電子系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，人工智能的方法可以在航空電子系統(tǒng)中找到很多應(yīng)用，例如目標(biāo)的識別、分類；電子戰(zhàn)信息分析、威脅制定；突防路線的實時建立；攻擊目標(biāo)優(yōu)先級分類；武器選擇；智能人機接口；本機完好情況監(jiān)視及應(yīng)急處理等。智能化系統(tǒng)使駕駛員從過量的任務(wù)負(fù)擔(dān)中解脫出來，集中精力于高層次的判斷，并可避免人腦在某些方面的能力不足。F-22戰(zhàn)斗機及RAH-66輕型攻擊/偵察直升機后期的生產(chǎn)型都準(zhǔn)備選用駕駛員助手系統(tǒng)。
技術(shù)系統(tǒng)
新一代航空電子系統(tǒng)不僅引進(jìn)了新的思想、新的概念；而且要有新器件、新技術(shù)、新開發(fā)的工具來支持。與新一代航空電子系統(tǒng)直接相關(guān)的許多技術(shù)領(lǐng)域必須取得進(jìn)展才能支持新一代航空電子系統(tǒng)的實現(xiàn)?，F(xiàn)將新一代航空電子系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)及其作用綜述如下。
通用模塊技術(shù)是系統(tǒng)綜合及更高程度綜合的基礎(chǔ)，整個航空電子系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化的結(jié)構(gòu)，不僅能適應(yīng)航空電子系統(tǒng)的各種應(yīng)用，而且系統(tǒng)發(fā)生故障時便于檢測和重構(gòu)。通用模塊由VHSIC芯片集構(gòu)成，并包括完成接口控制和健康診斷等全部數(shù)字處理組合后可構(gòu)成任何一種功能的航空電子系統(tǒng)，同時采用通用模塊后，不僅使機上的電纜連接器減少90%，取消了中間維修，維修成本大大降低，而且MTBF提高了近4倍。
高速多路傳輸總線技術(shù)是新一代航空電子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。航空電子綜合系統(tǒng)的實現(xiàn)主要取決于更通用的數(shù)據(jù)傳輸機制，并要求數(shù)據(jù)總線具有高度的分布式處理能力和高吞吐率。此外，數(shù)據(jù)總線本身還應(yīng)具有抗各種干擾的能力，從而提高其在惡劣環(huán)境中的生存能力和安全性。高速數(shù)據(jù)總線采用定向式數(shù)據(jù)分配方法，而不是1553B總線的中央控制方法。在“寶石柱”結(jié)構(gòu)中，HSDB至少在任務(wù)航空電子總線、局部傳輸總線和飛機系統(tǒng)管理總線三個性質(zhì)不同的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。
軟件技術(shù)是航空電子綜合系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，八十年代初，由于MIL-STD-1750A、1589C和1553B軍標(biāo)的相繼制定，美國軍方多年來推行數(shù)字化航空電子綜合系統(tǒng)的成果已經(jīng)展現(xiàn)，代表了軍用計算機軟、硬件及總線的發(fā)展方向，但是，現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)已從電子機械密集型向軟件密集型過渡，因此對軟件的需求量越來越大，約4～5年增長一倍，而目前的軟件生產(chǎn)能力（以生產(chǎn)代碼的有效行計算）每年僅增長3%～4%，遠(yuǎn)不能達(dá)到作戰(zhàn)環(huán)境對航空電子系統(tǒng)的要求。軟件規(guī)模的增長是航空電子系統(tǒng)成本在飛機中所占比例不斷增大的主要原因之一。航空電子系統(tǒng)費用不斷增加的另一個重要因素是軟件的非通用化，因此開發(fā)可重用的通用軟件將有助于提高軟件生產(chǎn)效率。
“寶石柱”航空電子綜合系統(tǒng)的所有任務(wù)軟件都用Ada語言編寫，并由VAMP執(zhí)行。系統(tǒng)軟件采用容錯操作系統(tǒng)。VAMP任務(wù)軟件由Ada操作系統(tǒng)和在實時多任務(wù)及多處理機群集配置中工作的應(yīng)用模塊組成。Ada操作系統(tǒng)由系統(tǒng)執(zhí)行、核心執(zhí)行和分布執(zhí)行三部分執(zhí)行軟件組成。軟件功能的綜合方法是通過單一的VAMP群集布局到“寶石柱”四個VAMP群集布局的試驗和論證得出的。
數(shù)據(jù)融合技術(shù)是當(dāng)今傳感器數(shù)據(jù)處理的發(fā)展方向，“寶石柱”計劃中已將數(shù)據(jù)融合列為關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂數(shù)據(jù)融合就是根據(jù)多種信息資源進(jìn)行檢測、互連、相關(guān)、估計、信息與數(shù)據(jù)聯(lián)系的多層次、多界面的信息處理，從而獲取精確的有關(guān)狀態(tài)和屬性的估計，獲取完整的實時態(tài)勢及威脅程度評估的方法和手段。通過多傳感器的智能化綜合配置獲取更豐富、更精確和高質(zhì)量的目標(biāo)相關(guān)信息，就是數(shù)據(jù)融合技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)以數(shù)據(jù)融合算法為核心，要在航空電子系統(tǒng)中使它的功能模型工程化，必須完善大量的輔助功能，例如：傳感器管理、數(shù)據(jù)庫管理、人機接口和通信軟件等。實現(xiàn)這些功能將占用大部分的軟件，而真正用于融合算法的軟件還不足20%。
通過傳感器的數(shù)據(jù)融合可以帶來如下特殊效益：⑴擴大時空覆蓋范圍；⑵增加置信度；⑶減少模糊性；⑷提高空間分辨力；⑸改善系統(tǒng)可靠性；⑹增加“電磁譜”的偵察范圍，可在“全景”電子戰(zhàn)環(huán)境中執(zhí)行有源和無源探測任務(wù)。
仿真技術(shù)是航空電子綜合系統(tǒng)的一項重要試驗技術(shù)，它是以計算機硬件及相應(yīng)的軟件為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代控制論與相似原理為方法，借助系統(tǒng)模型對設(shè)想的和真實的系統(tǒng)進(jìn)行解析或半實物混合仿真試驗研究的一門綜合性新興技術(shù)。航空電子綜合系統(tǒng)仿真是用一個具有顯示/控制器的飛機座艙，通過顯示/控制航空電子系統(tǒng)相互作用的動態(tài)過程，開發(fā)人機閉環(huán)特性的研究。航空電子綜合系統(tǒng)的研制離不開仿真，它不僅可以實時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，而且縮短了研制周期和試飛時間，節(jié)省了費用。
作戰(zhàn)飛機對航空電子系統(tǒng)的功能和性能都有極高的要求，若要滿足這些要求，就必須采用集通用模塊、人工智能、Ada語言、數(shù)據(jù)融合、高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)等為一身的新一代航空電子綜合系統(tǒng)，通過高度綜合，最有效的利用各子系統(tǒng)的信息資源。
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圖書詳細(xì)信息
ISBN：9787302290872
定價：30元
印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2012-7-16
圖書簡介
內(nèi) 容 簡 介
本書系統(tǒng)介紹了民航當(dāng)前采用的通信、導(dǎo)航、儀表及自動控制系統(tǒng)的種類、功能和工作原理。共分為4章，第1章飛機通信系統(tǒng)，主要介紹了高頻通信、甚高頻通信等常見機載通信設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)、使用方法等內(nèi)容；第2章導(dǎo)航系統(tǒng)，主要介紹了四大導(dǎo)航設(shè)備（VOR、DME、ILS和ADF）、雷達(dá)系統(tǒng)及機載監(jiān)視設(shè)備（TCAS、GPWS和風(fēng)切變探測系統(tǒng)）等；第3章儀表系統(tǒng)，介紹了航空儀表的基礎(chǔ)知識和飛機的基本儀表設(shè)備；第4章自動飛行控制系統(tǒng)，介紹了飛行控制系統(tǒng)的作用、組成、控制規(guī)律等。每章后均附有復(fù)習(xí)與思考欄目，便于學(xué)習(xí)使用。
本書適合作為航空機務(wù)維修專業(yè)的本科教材，也可供民用航空管理、航空技術(shù)實施部門的工程技術(shù)人員和航空愛好者參考。
圖書目錄
第1章飛機通信系統(tǒng)
1.1高頻通信系統(tǒng)
1.1.1概述
1.1.3高頻通信系統(tǒng)的基本工作原理
1.2甚高頻通信系統(tǒng)
1.2.1概述
1.2.2甚高頻通信系統(tǒng)的組成
1.2.3工作原理
1.3選擇呼叫系統(tǒng)
1.3.1概述
1.3.2系統(tǒng)組成
1.3.3工作原理
1.4應(yīng)急電臺
1.5音頻選擇與內(nèi)話系統(tǒng)
1.5.1音頻選擇系統(tǒng)
1.5.2服務(wù)內(nèi)話系統(tǒng)
1.5.3機組呼叫系統(tǒng)
1.6旅客廣播系統(tǒng)
1.7話音記錄系統(tǒng)
1.7.1功能與組成
1.8衛(wèi)星通信系統(tǒng)
1.8.1衛(wèi)星通信的特點
1.8.2靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)
1.9飛機通信尋址報告系統(tǒng)
本章小結(jié)
復(fù)習(xí)與思考
閱讀材料
練習(xí)題
第2章導(dǎo)航系統(tǒng)
2.1導(dǎo)航系統(tǒng)概述
2.1.1導(dǎo)航系統(tǒng)分類
2.1.2位置線與無線電導(dǎo)航定位
2.2自動定向機
2.2.1自動定向機概述
2.2.2自動定向的基本原理
2.3.1概述
2.3.2全向信標(biāo)測定方位的基本原理
2.3.3機載VOR接收系統(tǒng)
2.3.4航道偏離與向/背臺指示
2.4儀表著陸系統(tǒng)
2.4.1概述
2.4.2航向偏離指示原理
2.4.3下滑指示的基本原理
2.4.4指點信標(biāo)系統(tǒng)
2.5低高度無線電高度表
2.5.1功用與組成
2.5.2三種無線電高度表
2.5.3飛機安裝延時校正和多設(shè)備安裝干擾
2.5.4高度表指示
2.6測距系統(tǒng)
2.6.1功能及原理
2.6.2機載測距機
2.7氣象雷達(dá)系統(tǒng)
2.7.1概述
2.7.2氣象雷達(dá)對目標(biāo)的探測
2.7.3觀察地形
2.7.4氣象雷達(dá)系統(tǒng)的工作
2.7.5雷達(dá)維護中的一些注意事項
2.8空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)答機
2.8.1航管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)
2.8.2離散選址信標(biāo)系統(tǒng)
2.8.3機載應(yīng)答機系統(tǒng)
2.9交通咨詢與避撞系統(tǒng)
2.9.1TCAS Ⅱ的工作
2.9.2TCAS系統(tǒng)的組成與部件功用
2.9.3TCAS咨詢信息的顯示和控制
2.10近地警告系統(tǒng)
2.10.1GPWS的組成
2.10.2GPWS的工作方式
2.10.3EGPWS
2.11全球定位系統(tǒng)
2.11.1GPS的系統(tǒng)組成
2.11.2機載GPS
2.11.3機載GPS系統(tǒng)工作方式
本章小結(jié)
復(fù)習(xí)與思考
閱讀材料
練習(xí)題
第3章儀表系統(tǒng)
3.1航空儀表概述
3.1.1航空儀表的分類
3.1.2航空儀表的發(fā)展
3.2.1高度測量與氣壓高度表
3.2.2升降速度表
3.3.1組成和功能
3.3.2靜壓系統(tǒng)
3.3.3全壓系統(tǒng)
3.3.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.3.5使用注意事項
3.4大氣數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)
3.4.2數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)
3.5飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)
3.6陀螺及陀螺原理
3.6.1陀螺
3.7陀螺儀表
3.7.1姿態(tài)儀表
3.7.2航向儀表
3.8電子飛行儀表系統(tǒng)
3.8.1概述
3.8.2EFIS的基本組成
3.9發(fā)動機指示和機組警告系統(tǒng)與電子中央飛機監(jiān)控系統(tǒng)
3.9.1EICAS
3.9.2電子中央飛機監(jiān)控系統(tǒng)
本章小結(jié)
復(fù)習(xí)與思考
閱讀材料
練習(xí)題
第4章自動飛行控制系統(tǒng)
4.1飛行控制系統(tǒng)及飛行控制計算機
4.1.1飛行控制系統(tǒng)的基本組成
4.1.2飛行控制系統(tǒng)的基本工作原理
4.1.3FCC的功用及基本組成
4.1.4FCC的軟、硬件組成及功能
4.2自動飛行控制系統(tǒng)的組成
4.3自動駕駛儀
4.3.1自動駕駛儀的功用及其基本組成
4.3.2自動駕駛儀的基本原理
4.3.3自動駕駛儀的常見工作方式
4.4飛行指引
4.5偏航阻尼系統(tǒng)
4.5.1偏航阻尼系統(tǒng)的功用
4.5.3偏航阻尼系統(tǒng)組成
4.6俯仰配平系統(tǒng)
4.6.1安定面配平的功用
4.6.2俯仰配平系統(tǒng)的組成和工作原理
4.7自動油門系統(tǒng)
4.7.1自動油門系統(tǒng)的功用
4.7.2自動油門系統(tǒng)在整個飛行過程中的工作情況
4.8飛行管理系統(tǒng)
4.8.1飛行管理系統(tǒng)的功能與組成
4.8.2飛行管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)組成
4.8.3FMS控制與顯示單元
本章小結(jié)
復(fù)習(xí)與思考
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練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
航空電子
暫無
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