航电系统简介

1、批准（签名）：任课教员（签名）：年 月 日班次上课日期节次上课时数累计时数教学场所无线电章（节）目：第二章航电系统课 题：航电系统内容提要与质量要求：1、知道航电系统的概念；2、知道航电系统的 发展历史和趋势。重点与难点：航电系统的发展器材与设备：多媒体教学课件课 前 检 查顺序题目学员姓名成绩1谈谈对航电系统的认识。234教学内容、步骤、方法教学方法教学内容时间课前检杳谈谈对航电系统的认识。 答：综合航空电子系统2'引言航电系统综合航空电子亦称航空电子，其英文“ avionics ” 是由“ aviation（ 航空）”禾口 “ electronics（电子学）”两词相结合，而派生出

2、来的。自一次世界大战后的几十年来，美 国、德国、法国、英国、前苏联（俄罗斯）先后 开展航空电子系统技术的研究，航空电子已经 成为一门独立的学科。2'一、航电系统的简介航电系统全称“综合航空电子系统”，是 现代化战斗机的一个重要组成部分，战斗机的 作战性能与航空电子系统密切相关。可以说， 没有咼性能的航电系统，就不可能有咼效能作 战的战斗机。多传感器综合（MSI）的目标是改变目前 各种传感器分立的状态，实现互为补充、互为 备份、扬长避短、综合使用各传感器提供的信 息；对多传感器实现综合的控制和管理，在现2'教学方法教学内容时间有的硬件和软件水平上获得比任何单独的传感器性能更咼的传

3、感器系统。讲述法根据PPT上飞机类型进行讲解二、航电系统的历史在航空电子系统发展中系统结构不断演 变，因此航空电子系统的“结构”成为划时代 的主要依据。（一）分立式结构早期的航空电子系统为分立式结构，系统 由许多“独立的”子系统组成，每个子系统必 须依赖于驾驶员的操作（输入）,驾驶员不断从 各子系统接收信息，保持对武器系统及外界态 势的了解，五十年代的战斗机 F-100、F-101 等使用了典型的分立式结构。（二）混合式结构混合式结构是向综合化过渡的一种结构 形态，它出现了部分子系统之间的综合，例如 火控计算机、平显、火控雷达等之间的综合； 大气数据计算机、高度表、空速表、垂直速度 表、攻击传

4、感器、大气温度传感器的组合；飞 行指引计算机、航恣系统、塔康等结合。各分 系统通过广播式数据传输总线（如ARINC429） 连接。5'教学方法教学内容时间（三）联合式结构联合式结构（也称综合化结构）是美国 DAIS研究计划的主要成果，它通过1553总线 将大多数航空电子分系统交联起来，实现信息 的统一调度。这一时期的另一重要特点是电子 技术开始应用于飞行的关键部位，如飞行控制 及地形跟随，同时，传感器和分系统的能力不 断增加，如雷达的能力、红外传感器、激光测 距、电子战设备等。美国现役战斗机都使用这 种结构，如 F-16C/D、F/A-18、F-15E 等。这 种结构在美国等国已成为成

5、熟技术，很多飞机 的改型、更新大多米用这种系统。对比法针对新老航电系统不冋之处进行讲解三、新代航空电子系统（）新代航空电子系统结构新 代航空电子系统结构（即更咼程度的 综合化结构）是以美国“宝石柱（Pave Pillar） ” 计划为基础建立起来的结构概念。该计划元成 于八十年代，实现“宝石柱”系统结构的第一 架战斗机是美国的F-22战斗机，RAH-66轻型 攻击/侦察直升机也使用了这种结构，各分系 统间以1553和HSDB咼速数据总线）相连接。继宝石柱计划后，美国正在推行宝3'教学方法教学内容时间石台”（Pave Pale）计划，在纵深方向上继续 推行综合化。一方面，系统中实现了各系

6、统处 理功能的综合（通用处理模块、动态重构）并进 而实现传感器功能及信号处理功能的综合化； 另一方面，综合化的范围也在扩展。包括了以 前相对独立的飞行控制、发动机控制、通用设 备控制，形成了飞机管理系统的概念，这种结 构将应用于二十一世纪的美国军用飞机。讲述法根据PPT进行讲解（二）新代航空电子系统的特点几十年来，航空电子系统经历了分立式、 混合式、联合式向综合化、高度综合化方向发 展。综合化的航空电子系统不仅实现了机上的 信息综合，而且能够有效地综合&和预警机 发送的信息，由此可以满足现代和未来战争的 需求。现以美国的“宝石柱”结构、F-22、“宝 石台”计划为例，综述新 代航空电子

7、系统的 特点。1.在功能划分上，新 代系统已明显从 纵向划分过渡到横向划分，提出了功能区分的 概念。功能区分是整个系统中功能特性相近、 任务关联密切的部分，在同一功能区中可以实 现资源共享，容易互为余度而实现动态的重构2'教学方法教学内容时间讲述法根据PPT进行讲解及容错。“宝石柱”结构将系统分为任务管理 区、传感器管理区、飞机管理区。任务管理区 由任务数据处理机、任务航空电子多路传输总 线、块多路传输总线、系统大容量存储器、武 器管理系统和任务航空电子总线接口组成。 该 区的功能为：任务计算与管理(如火力控制、 目标截获、导航管理、防御管理、外挂管理、 地形跟随(TE)/地形回避(T

8、A)/障碍回避(0A)、 座舱管理、与其它两个功能区交联等)。传感 器管理包括通用信号处理机、传感器数据分配 网络、数据交换网络、视频数据分配网络、传 感器控制网络组成。该区的功能为：传感器数 据分配、传感器信号处理、处理后信号的分发、 传感器控制。飞机管理区是由飞行控制、发动 机控制、推力矢量控制、通用设备控制等几部 分功能综合而形成，又称为飞机管理系统 (VMS)，其功能为支援与控制功能有关的飞机 的飞行。2.综合化进步向深、广方向发展。玉石柱”结构虽然提出了信号处理通用模块及相 应处理群集器的一般结构，但“宝石柱”实验 室演示系统和F-22的综合化深度只达到数据教学方法教学内容时间讲述法

9、根据PPT进行讲解处理资源一级，而“宝石台”计划的任务之一 就是试图进一步在传感器信号处理及传感器 天线孔位上实现综合，在信号处理群集器中使 用通用信号处理模块。另一方面，飞机管理系 统（VMS本身就是综合化向更广范围发展的例 证，传统的飞控系统是相对独立的分系统（四 余度系统），且一般不和通用设备等有关系。 VMS使多种功能综合起来，并置于整个系统的 管理之下，综合化的范围实际上已覆盖每个功 能。3. 以外场可更换模块（LRM）代替了外场 可更换单兀（LRU）为基础构成综合航空电子系 统。LRM是形成新 代系统其它特点的基础，例如动态重构、一级维修概念都是在LRMS础 上进行的。LRM是系统

10、安装结构上和功能上相 对独立的单元，故障定位可以达到 LRMH级， 通过更换LRM而排除故障。LRM智能化的机 内自检、二级维修体制是构成新代系统维修 概念的要素，使维修成本大大降低。4. 在LRM一级上实现硬件资源共享和硬 件余度。通过动态的程序加载，根据任务需要 动态地组织LRM硬件，出现故障后则可进行动2'教学方法教学内容时间讲述法根据PPT进行讲解态重构，使系统继续维持原有功能，即达到容 错的目的。这种动态的管理及调度原则和以前 的系统大不相同，以前的系统基本上是“固定 的”，而新 代系统则是“灵活的”，是根据实 时的需要动态地完成配置或重构，这样的系统 不仅实现了容错，推迟了

11、必须进行修理的时 间，而且达到资源共享，提高了资源利用率。“宝石柱”结构和F-22系统都实现了这种动 态调度的思想，例如任务数据处理机和 F-22 的CIP（通用综合处理机）都是处理群集器，包 括多块数据处理机通用LRM5.向智能化发展。当代的航空电子系统 只能将各种数据提供给驾驶员，或者经过处理 后给出引导性的指示信号，有时变换成易理解 的直观图示方式，但最终的判定、决断要驾驶 员给出，美国正在研制的驾驶员助手系统（即 专家系统）可以完成收集数据、推理和判断并 作出决断，可以直接给出控制指令，也可以向 驾驶员提出处理建议，由驾驶员决断及实施控 制。神经网络的研究也取得很大进展，应用到 机载后

12、可以使航空电子系统具有自学习和自 适应能力，人工智能的方法可以在航空电子系教学方法教学内容时间统中找到很多应用，例如目标的识别、分类； 电子战信息分析、威胁制疋；突防路线的头时 建立；攻击目标优先级分类；武器选择；智能 人机接口；本机完好情况监视及应急处理等。 智能化系统使驾驶员从过量的任务负担中解 脱出来，集中精力于高层次的判断，并可避免 人脑在某些方面的能力不足。F-22战斗机及 RAH-66轻型攻击/侦察直升机后期的生产型都 准备选用驾驶员助手系统。讲述法根据PPT进行讲解（二）新 代航仝电子系统的特点1. 通用模块技术是系统综合及更咼程度 综合的基础，整个航空电子系统实现模块化的 结构

13、，不仅能适应航空电子系统的各种应用， 而且系统发生故障时便于检测和重构。通用模 块由VHSIC芯片集构成，并包括完成接口控制 和健康诊断等全部数字处理组合后可构成任何一种功能的航空电子系统，同时采用通用模 块后，不仅使机上的电缆连接器减少 90%取 消了中间维修，维修成本大大降低，而且MTBI 提高了近4倍。2. 高速多路传输总线技术是新代航空 电子系统的关键技术之一。航空电子综合系统2'教学方法教学内容时间讲述法根据PPT进行讲解的实现主要取决于更通用的数据传输机制，并 要求数据总线具有高度的分布式处理能力和 高吞吐率。此外，数据总线本身还应具有抗各 种干扰的能力，从而提高其在恶劣环

14、境中的生 存能力和安全性。高速数据总线采用定向式数 据分配方法，而不是1553B总线的中央控制方 法。在“宝石柱”结构中，HSDBS少在任务航 空电子总线、局部传输总线和飞机系统管理总 线三个性质不同的应用范围内使用。3.软件技术是航空电子综合系统的基础 和核心，八十年代初，由于 MIL-STD-1750A 1589C和1553B军标的相继制定，美国军方多 年来推行数字化航空电子综合系统的成果已 经展现，代表了军用计算机软、硬件及总线的 发展方向，但是，现代航空电子系统已从电子 机械密集型向软件密集型过渡，因此对软件的 需求量越来越大，约45年增长 倍，而目 前的软件生产能力（以生产代码的有效

15、行计 算）每年仅增长3%4%远不能达到作战环境 对航空电子系统的要求。软件规模的增长是航 空电子系统成本在飞机中所占比例不断增大 的主要原因之一。航空电子系统费用不断增加2'教学方法教学内容时间讲述法根据PPT进行讲解的另一个重要因素是软件的非通用化，因此开 发可重用的通用软件将有助于提高软件生产 效率。“宝石柱”航空电子综合系统的所有任务 软件都用Ada语言编写，并由VAMP执行。系 统软件采用容错操作系统。VAMP任务软件由 Ada操作系统和在实时多任务及多处理机群集 配置中工作的应用模块组成。Ada操作系统由 系统执行、核心执行和分布执行三部分执行软 件组成。软件功能的综合方法是

16、通过单一的 VAM群集布局到“宝石柱”四个VAMK¥集布 局的试验和论证得出的。4.数据融合技术是当今传感器数据处理 的发展方向，“宝石柱”计划中已将数据融合 列为关键技术之一。所谓数据融合就是根据多 种信息资源进行检测、互连、相关、估计、信 息与数据联系的多层次、多界面的信息处理， 从而获取精确的有关状态和属性的估计，获取 完整的实时态势及威胁程度评估的方法和手 段。通过多传感器的智能化综合配置获取更丰 富、更精确和咼质量的目标相关信息，就是数 据融合技术。数据融合技术以数据融合算法为2'教学方法教学内容时间例如：传感器管理、 数据库管理、人机接口 和通信软件等。实现这 些

17、功能将占用大部分的 软件，而真正用于融合 算法的软件还不足 20%核心，要在航空电子系统中使它的功能模型工 程化，必须完善大量的辅助功能，通过传感器 的数据融合可以带来如下特殊效益：（1）扩大 时空覆盖范围；（2）增加置信度；（3）减少模糊 性；（4）提高空间分辨力；（5）改善系统可靠性； （6）增加“电磁谱”的侦察范围，可在“全景” 电子战环境中执行有源和无源探测任务。5.仿真技术是航空电子综合系统的项 重要试验技术，它是以计算机硬件及相应的软 件为基础，以现代控制论与相似原理为方法， 借助系统模型对设想的和真实的系统进行解 析或半实物混合仿真试验研究的一门综合性 新兴技术。航空电子综合系统仿真是用一个具 有显示/控制器的飞机座舱，通过显示/控制航 空电子系统相互作用的动态过程，开发人机闭 环特性的研究。小结通过学习，使大家初步了解航电系统的 历史，了解新代航电系统的结构、特点和关 键技术，为下 步学习打下基础。1'作业简述新 代航电系统的特点。1&