航空电子及自动化课程

航空电子及自动化2012.9考核方式式平时成绩绩（出勤勤+作业）：：30%；期末考试试：70%。2课程目的的掌握航空空机载电电子系统统与设备备的组成成、工作作原理及及特点，，以及各各种机载载设备的的功能。。3航空电子子设备严格意义义上，航航空电子子设备仅仅适用于于专门为为航空用用途而设设计的，，并且作作为飞行行器的一一个组成成部分安装在飞飞行器上上的电子设设备。Avionics(航空电子子)=Aviation(航空)+Electronics(电子)航空电子子始终是是航空发发展的最最重要因因素之一一。4A3205A320驾驶舱6波音777--200L7波音777--200L驾驶舱8波音747电子舱9机载电子子设备的的作用机载电子子设备最最重要的的功能之之一是当当驾驶员的的感官（如直接接目视）），因为为夜间或或雨、雪雪和雾这这些能见见度不佳佳或为零零而失去作用用时，能够够为驾驶员员提供数数据。没有先进进的机载载电子设设备，就就没有先先进的飞飞机，就就无法实实现安全全、可靠靠、舒适适、低成成本和高高密度的的民用飞飞机飞行行，也无无法完成成现代战战争所赋赋予的军军用飞机机的使命命。10机载电子子设备发发展回顾顾（1）1910年，飞机机上开始始使用无线电台台与地面通通信，电电子设备备的应用用首次计计入航空空史册。。1914年，出现现以陀螺仪为基础的的控制系系统，它它可以在在没有驾驾驶员干干预的情情况下使使飞机保保持平飞飞。1918年，陀螺磁罗罗盘问世。11BeckerVHF机载无线线电收发发机12陀螺（定定轴性））13机载电子子设备发发展回顾顾（2）至第一次次世界大大战，航航空仪表表主要包包括：直直读式发发动机转转速表，，润滑油油温度和和压力表表，空速速表，高高度表和和罗盘。。但这些些仪表都都不含电子子元件。第一次世世界大战战中，德德国人利用无线线电进行行飞机途途中定位位，方法是是飞机向向多个地地面无线线电台发发射无线线电信号号，这些些电台用用三角法（测向））测出飞飞机位置置后，将将位置信信息发给给驾驶员员。14利用无线线电进行行飞机定定位位置未知知位置已知知位置已知知位置已知知位置线位置线位置线15机载电子子设备发发展回顾顾（3）1920年代，美美国人发发明无线电航航向信标标导航系系统，地面导航航台信标标用呈十字字形的4条无线电电波束标标定机场场位置，，这些波波束用摩尔斯码码识别是A和N。驾驶员员通过这这套系统统找到波波束的中中心线，，方法是是通过耳耳机监听听导航台台的信号号并操纵纵飞机直直到这些些字母在在耳机中中的声音音强度相等等。16简单的无无线电导导航17机载电子子设备发发展回顾顾（4）1930年代，飞飞机成为为一种运运输工具具，由于于尺寸变变大、设设备日趋趋复杂，，并要求求昼夜进进行远距距离飞行行，它们们开始给给驾驶员员带来体体力和精精神上的的极度疲疲劳，美美国人开开始在民民航飞机机上使用用自动驾驶驶仪，以减轻轻驾驶员员的负担担。自动驾驶驶仪向驾驾驶员提提供现在在“发生了什什么”以及“怎样去做做”。根据选选定的工工作方式式，自动动计算操操纵指令令，指引驾驶驶员操纵纵飞机，使飞机机进入给给定轨迹迹并保持持。18自动驾驶驶显示19机载电子子设备发发展回顾顾（5）同期，英英国人基基于电磁磁波传送送出去遇遇到障碍碍向回反反射的物物理现象象发明雷达。Radar==radiodetectingandranging（无线电电探测及及测距））雷达在第第二次世世界大战战中发挥挥了重要要作用。。另一项项共生技技术，即即信号处理理，也随之之得到发发展，由由于雷达达原始回回波中包包含大量量有潜在在价值的的信息。。并引发反反雷达技技术（如如隐形飞飞机）的的出现，，即电子对抗抗。20空中监视视雷达21空中监视视雷达的的收发设设备22机载探测测雷达（（位于机机身下方方）23机载电子子设备发发展回顾顾（6）同期，阴极射线线管显示示器出现在驾驾驶舱，，由于新新的导航航和目标标探测设设备产产生大量信息息（使仪表板上上的仪表表指示不不断膨胀胀以致无无法容纳纳，驾驶驶员负担担过重），这些些信息需需要尽可能详详细地提取出出来并以方便的的方式呈现给机机组人员员。24机载电子子设备发发展回顾顾（7）1950年，美国国研制出出第一部部惯性导航航系统：一种将将陀螺仪仪和灵敏敏的加速速度计结结合在一一起的新新的导航航方法。。由此，，开创了了自主式导导航系统的时时代。惯性导航航系统（（INS）是一种种不依赖赖于任何何外部信信息、也也不向外部部辐射能能量的自主式式导航系系统，具具有很好好的隐蔽蔽性。。25平台惯导导系统的的组件加速度计陀螺基座俯仰环轴横滚环轴方位环轴26机载电子子设备发发展回顾顾（8）与惯性导导航几乎乎同时发发展起来来的另一一种自主主导航设设备（不依赖地地面助航航设备而独立工工作）是是多普勒导导航系统统。这是一一种通过过测量地地速及偏偏航角实实现导航航的系统统。飞机通过过具有三三维稳定定控制作作用的天天线向下下发射几几条狭窄窄的电磁磁能量波波束，以以照射地地面上几几个很小小的面积积，并由由此收到到从地面面反射的的部分发发射能量量并加以以处理以以确定多普普勒频移移。27多普勒导导航原理理28机载电子子设备发发展回顾顾（9）1970年代，美美国开始始建立基于卫星星的导航航系统，于1973年启动GPS（全球定定位系统统）计划划，于1993年建成GPS系统。卫星导航航系统是是将导航航台设置置在人造地球球卫星上的导航航系统。。由于卫卫星离地地高度很很高，其其辐射的的无线电电波覆盖盖区域大大，只要要一定数数量的导导航卫星星，即可可为全球球提供不不受天气气/时间变化化影响的的导航服服务。29GPSBlockII卫星30GPS卫星星座座（示意意图）31机载电子子设备发发展回顾顾（10）GPS基于无源伪距距测距原理，利利用4颗卫星实实现距离离（伪距距）测量量，即确确定用户户位置。。32GPS导航基本本原理测量距离接收机时钟偏差位置及时间33机载电子子设备分分类机载电子子设备主主要可分分为航空空仪表、、航空无无线电系系统两大大部份。。航空仪表表：测量量（或计计算）飞飞机在飞飞行状态态下的飞飞行参数数以及发发动机和和其它设设备的工工作状态态参数的的设备。。航空无线线电系统统：用以以飞机通通讯和无无线电导导航的无无线电电电子设备备。34航空仪表表作用为飞行员员提供驾驾驶飞机机用的各各种目视视数据；；为机载导导航设备备提供有有关的导导航输入入数据；；为机载记记录设备备提供有有关的记记录数据据；为自动飞飞行控制制系统提提供有关关的数据据。35航空仪表表发展过过程机械仪表表阶段：传感器器与指示示器间的的信号传传输是通通过机械械结构实实现；优优点是结结构简单单、工作作可靠、、成本低低廉；缺缺点是灵灵敏度低低，指示示误差大大，信号号能量小小；电气仪表表阶段：传感器器与指示示器间的的信号传传输通过过电气传传输；优优点是提提高测量量精度、、仪表的的反应速速度和传传输距离离等；缺缺点结构构复杂、、重量增增加、可可靠性降降低。36机电式伺伺服仪表表阶段：：采用具有有反馈功功能的自自动调节节小功率率伺服系系统仪表表，提高高仪表的的灵敏度度和精度度，有利利于仪表表的综合合化和自自动化；；综合指示示仪表阶阶段：把功能相相同或相相关的指指示仪表表有机地地结合，，形成统统一指示示的综合合仪表，，已成为为发展趋趋势；电子显示示仪表阶阶段：进一步向向综合化化、标准准化和多多功能化化，出现现高度综综合又相相互补充充、交换换显示的的综合电电子显示示系列，，初步实实现人机机对话。。航空仪表表发展过过程37发展阶段结构特点优点缺点机械仪表传感器和指示器组装在一起结构简单，工作可靠，成本低廉灵敏度低，指示误差大电气仪表传感器和指示器没有组装在一起，以电气传输代替机械传动反映速度快、准确程度高、传输距离远，仪表板体积缩小仪表结构复杂、部件增多、重量增加、可靠性降低机电式伺服仪表采用具有反馈功能的自动调节小功率伺服系统仪表信号能量放大，提高指示精度和负载能力综合指示仪表把功能相同或相关的指示仪表有机地结合，形成统一指示的综合仪表，电子显示仪表60年代出现电子屏显示仪表，70年代中期又进一步向综合化、标准化和多功能化，出现高度综合又相互补充、交换显示的综合电子显示系列，38航空仪表表分类按功用分分：飞行行仪表、、发动机机仪表和和其它设设备仪表表(导航仪表表、系统统状态仪仪表)。按原理分分：测量量仪表、、计算仪仪表、调调节仪表表。39航空仪表表分类测量仪表表：用来来测量飞飞机的各各种运动动参数，，这些仪仪表的特特点是需需测量的的参量可可直接或或间接测测量获得得；计算仪表表：指飞飞机上的的一些导导航或系系统性能能方面的的计算仪仪表，其其特点是是通过一一个或几几个参数数计算判判断方能能得到参参数；调节仪表表：是指指机上属属于仪表表专业人人员维护护范围的的一些自自动化控控制系统统设备。。40航空仪表表基本结结构测量仪表表的基本本结构敏感元