1、批準（簽名）： 任課教員（簽名）： 年 月 日班 次上課日期節次上課時數累計時數教學場所無線電章 (節) 目：第二章 航電系統課 題：航電系統內容提要與質量要求：1、知道航電系統的概念；2、知道航電系統的發展歷史和趨勢。 重點與難點：航電系統的發展 器材與設備：多媒體教學課件課 前 檢 查順序題 目學員姓名成績1談談對航電系統的認識。234教學內容、步驟、方法教學方法教 學 內 容時間課前檢查談談對航電系統的認識。 答：綜合航空電子系統2引言航電系統綜合航空電子亦稱航空電子，其英文“avionics”是由“aviation(航空)”和“electronics(電子學)”兩詞相結合，而派生出來的

2、。自二次世界大戰后的幾十年來，美國、德國、法國、英國、前蘇聯(俄羅斯)先后開展航空電子系統技術的研究，航空電子已經成為一門獨立的學科。2一、航電系統的簡介航電系統全稱“綜合航空電子系統”，是現代化戰斗機的一個重要組成部分，戰斗機的作戰性能與航空電子系統密切相關。可以說，沒有高性能的航電系統，就不可能有高效能作戰的戰斗機。多傳感器綜合（MSI）的目標是改變目前各種傳感器分立的狀態，實現互為補充、互為備份、揚長避短、綜合使用各傳感器提供的信息；對多傳感器實現綜合的控制和管理，在現有的硬件和軟件水平上獲得比任何單獨的傳感器性能更高的傳感器系統。2講述法根據PPT上飛機類型進行講解二、航電系統的歷史在

3、航空電子系統發展中系統結構不斷演變，因此航空電子系統的“結構”成為劃時代的主要依據。（一）分立式結構早期的航空電子系統為分立式結構，系統由許多“獨立的”子系統組成，每個子系統必須依賴于駕駛員的操作(輸入)，駕駛員不斷從各子系統接收信息，保持對武器系統及外界態勢的了解，五十年代的戰斗機F-100、F-101等使用了典型的分立式結構。（二）混合式結構混合式結構是向綜合化過渡的一種結構形態，它出現了部分子系統之間的綜合，例如火控計算機、平顯、火控雷達等之間的綜合；大氣數據計算機、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、塔康等結合。各分系統通過廣播式數據

4、傳輸總線(如ARINC429)連接。（三）聯合式結構聯合式結構(也稱綜合化結構)是美國DAIS研究計劃的主要成果，它通過1553總線將大多數航空電子分系統交聯起來，實現信息的統一調度。這一時期的另一重要特點是電子技術開始應用于飛行的關鍵部位，如飛行控制及地形跟隨，同時，傳感器和分系統的能力不斷增加，如雷達的能力、紅外傳感器、激光測距、電子戰設備等。美國現役戰斗機都使用這種結構，如F-16C/D、F/A-18、F-15E等。這種結構在美國等國已成為成熟技術，很多飛機的改型、更新大多采用這種系統。5對比法針對新老航電系統不同之處進行講解三、新一代航空電子系統（一）新一代航空電子系統結構新一代航空電

5、子系統結構(即更高程度的綜合化結構)是以美國“寶石柱(Pave Pillar)”計劃為基礎建立起來的結構概念。該計劃完成于八十年代，實現“寶石柱”系統結構的第一架戰斗機是美國的F-22戰斗機，RAH-66輕型攻擊/偵察直升機也使用了這種結構，各分系統間以1553和HSDB(高速數據總線)相連接。繼“寶石柱”計劃后，美國正在推行“寶石臺”(Pave Pale)計劃，在縱深方向上繼續推行綜合化。一方面，系統中實現了各系統處理功能的綜合(通用處理模塊、動態重構)并進而實現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、發動機控制、通用設備控制，形成了飛

6、機管理系統的概念，這種結構將應用于二十一世紀的美國軍用飛機。3講述法根據PPT進行講解講述法根據PPT進行講解講述法根據PPT進行講解講述法根據PPT進行講解 （二）新一代航空電子系統的特點幾十年來，航空電子系統經歷了分立式、混合式、聯合式向綜合化、高度綜合化方向發展。綜合化的航空電子系統不僅實現了機上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預警機發送的信息，由此可以滿足現代和未來戰爭的需求。現以美國的“寶石柱”結構、F-22、“寶石臺”計劃為例，綜述新一代航空電子系統的特點。1. 在功能劃分上，新一代系統已明顯從縱向劃分過渡到橫向劃分，提出了功能區分的概念。功能區分是整個系統中功能特性相近、任

7、務關聯密切的部分，在同一功能區中可以實現資源共享，容易互為余度而實現動態的重構及容錯。“寶石柱”結構將系統分為任務管理區、傳感器管理區、飛機管理區。任務管理區由任務數據處理機、任務航空電子多路傳輸總線、塊多路傳輸總線、系統大容量存儲器、武器管理系統和任務航空電子總線接口組成。該區的功能為：任務計算與管理(如火力控制、目標截獲、導航管理、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、與其它兩個功能區交聯等)。傳感器管理包括通用信號處理機、傳感器數據分配網絡、數據交換網絡、視頻數據分配網絡、傳感器控制網絡組成。該區的功能為：傳感器數據分配、傳感器信號處理、處理

8、后信號的分發、傳感器控制。飛機管理區是由飛行控制、發動機控制、推力矢量控制、通用設備控制等幾部分功能綜合而形成，又稱為飛機管理系統(VMS)，其功能為支援與控制功能有關的飛機的飛行。 2.綜合化進一步向深、廣方向發展。“寶石柱”結構雖然提出了信號處理通用模塊及相應處理群集器的一般結構，但“寶石柱”實驗室演示系統和F-22的綜合化深度只達到數據處理資源一級，而“寶石臺”計劃的任務之一就是試圖進一步在傳感器信號處理及傳感器天線孔位上實現綜合，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(VMS)本身就是綜合化向更廣范圍發展的例證，傳統的飛控系統是相對獨立的分系統(四余度系統)，且

9、一般不和通用設備等有關系。VMS使多種功能綜合起來，并置于整個系統的管理之下，綜合化的范圍實際上已覆蓋每個功能。3.以外場可更換模塊(LRM)代替了外場可更換單元(LRU)為基礎構成綜合航空電子系統。LRM是形成新一代系統其它特點的基礎，例如動態重構、二級維修概念都是在LRM基礎上進行的。LRM是系統安裝結構上和功能上相對獨立的單元，故障定位可以達到LRM一級，通過更換LRM而排除故障。LRM、智能化的機內自檢、二級維修體制是構成新一代系統維修概念的要素，使維修成本大大降低。4.在LRM一級上實現硬件資源共享和硬件余度。通過動態的程序加載，根據任務需要動態地組織LRM硬件，出現故障后則可進行動

10、態重構，使系統繼續維持原有功能，即達到容錯的目的。這種動態的管理及調度原則和以前的系統大不相同，以前的系統基本上是“固定的”，而新一代系統則是“靈活的”，是根據實時的需要動態地完成配置或重構，這樣的系統不僅實現了容錯，推遲了必須進行修理的時間，而且達到資源共享，提高了資源利用率。“寶石柱”結構和F-22系統都實現了這種動態調度的思想，例如任務數據處理機和F-22的CIP(通用綜合處理機)都是處理群集器，包括多塊數據處理機通用LRM。5.向智能化發展。當代的航空電子系統只能將各種數據提供給駕駛員，或者經過處理后給出引導性的指示信號，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，

11、美國正在研制的駕駛員助手系統(即專家系統)可以完成收集數據、推理和判斷并作出決斷，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。神經網絡的研究也取得很大進展，應用到機載后可以使航空電子系統具有自學習和自適應能力，人工智能的方法可以在航空電子系統中找到很多應用，例如目標的識別、分類；電子戰信息分析、威脅制定；突防路線的實時建立；攻擊目標優先級分類；武器選擇；智能人機接口；本機完好情況監視及應急處理等。智能化系統使駕駛員從過量的任務負擔中解脫出來，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戰斗機及RAH-66輕型攻擊/偵察直升機后期的生產型都準備

12、選用駕駛員助手系統。 22講述法根據PPT進行講解講述法根據PPT進行講解講述法根據PPT進行講解例如：傳感器管理、數據庫管理、人機接口和通信軟件等。實現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%。（三）新一代航空電子系統的特點1.通用模塊技術是系統綜合及更高程度綜合的基礎，整個航空電子系統實現模塊化的結構，不僅能適應航空電子系統的各種應用，而且系統發生故障時便于檢測和重構。通用模塊由VHSIC芯片集構成，并包括完成接口控制和健康診斷等全部數字處理組合后可構成任何一種功能的航空電子系統，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

13、，而且MTBF提高了近4倍。2.高速多路傳輸總線技術是新一代航空電子系統的關鍵技術之一。航空電子綜合系統的實現主要取決于更通用的數據傳輸機制，并要求數據總線具有高度的分布式處理能力和高吞吐率。此外，數據總線本身還應具有抗各種干擾的能力，從而提高其在惡劣環境中的生存能力和安全性。高速數據總線采用定向式數據分配方法，而不是1553B總線的中央控制方法。在“寶石柱”結構中，HSDB至少在任務航空電子總線、局部傳輸總線和飛機系統管理總線三個性質不同的應用范圍內使用。3.軟件技術是航空電子綜合系統的基礎和核心，八十年代初，由于MIL-STD-1750A、1589C和1553B軍標的相繼制定，美國軍方多年

14、來推行數字化航空電子綜合系統的成果已經展現，代表了軍用計算機軟、硬件及總線的發展方向，但是，現代航空電子系統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45年增長一倍，而目前的軟件生產能力(以生產代碼的有效行計算)每年僅增長3%4%，遠不能達到作戰環境對航空電子系統的要求。軟件規模的增長是航空電子系統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，因此開發可重用的通用軟件將有助于提高軟件生產效率。“寶石柱”航空電子綜合系統的所有任務軟件都用Ada語言編寫，并由VAMP執行。系統軟件采用容錯操作系統。VAMP任務軟件由A

15、da操作系統和在實時多任務及多處理機群集配置中工作的應用模塊組成。Ada操作系統由系統執行、核心執行和分布執行三部分執行軟件組成。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。4.數據融合技術是當今傳感器數據處理的發展方向，“寶石柱”計劃中已將數據融合列為關鍵技術之一。所謂數據融合就是根據多種信息資源進行檢測、互連、相關、估計、信息與數據聯系的多層次、多界面的信息處理，從而獲取精確的有關狀態和屬性的估計，獲取完整的實時態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、更精確和高質量的目標相關信息，就是數據融合技術。數據融

16、合技術以數據融合算法為核心，要在航空電子系統中使它的功能模型工程化，必須完善大量的輔助功能，通過傳感器的數據融合可以帶來如下特殊效益：(1)擴大時空覆蓋范圍；(2)增加置信度；(3)減少模糊性；(4)提高空間分辨力；(5)改善系統可靠性；(6)增加“電磁譜”的偵察范圍，可在“全景”電子戰環境中執行有源和無源探測任務。5.仿真技術是航空電子綜合系統的一項重要試驗技術，它是以計算機硬件及相應的軟件為基礎，以現代控制論與相似原理為方法，借助系統模型對設想的和真實的系統進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。航空電子綜合系統仿真是用一個具有顯示/控制器的飛機座艙，通過顯示/控制航空電子系統相互作用的動態過程，開發人機閉環特性的研究。222小 結 通過學習，使大家初步了解航電系統的歷史，了解新一代航電系統的結構、特點和關鍵技術，為下一步學習打下基礎。1