航空电子综合讲稿-2012
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• 实现座舱显示和控制的高度综合 • 可利用人工智能和神经网络技术，辅助决策
2
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 采用开放的系统结构和商用货架产品技术 • 贯彻模块化、通用化、标准化的原则 • 提高了飞机的可靠性和维修性
3.航空电子综合技术发展历程 3. 航空电子综合技术发展历程
航空电子综合技术课程背景
航空电子综合技术
电子信息工程学院
2012年
八十年代中至九十年代中开设了该课程
航空电子与总线通信实验室于70年代开始在国内率 先开展航空电子综合和机载总线网络研究 80年代初建立了国内第一套基于1553总线的综合航 空电子演示系统 90年代初期在国内出版了第一部《航空电子综合化 》专著
先进综合式航空电子系统
Stores Management
JSF航空电子系统 JAST航空电子系统结构
6
F35航电系统分析
6大计划支撑：
– – – – – – – – – – – – “宝石台”（Pave Pace）计划； JAST（联合先进攻击技术）计划； ISS （综合传感器系统）计划； AMSTE（经济可承受的移动面目标交战）计划； AT3（先进战术目标瞄准技术）计划； 网络中心协同目标定位（NCCT）计划。 APG-81有源相控阵雷达； MIRFS（多功能综合射频系统） IEOS综合光电系统； ICP综合核心处理机； HMD联合头盔； 高度综合化智能化任务软件（Mission S/W）。 – – – – – – – –
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 对探测传感器获取的信息进行信号综合、数据融合 • 综合显示，支持飞行员或指挥员完成任务 • 综合外部信息或将本机信息发给其他作战单位
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
1.航空电子概念 1. 航空电子概念
• 航空电子综合：
在飞机物理结构空间中将电子功能及相应 的电子设备，通过机载网络和软硬件等技术组合 成为一个有机的整体，达到系统资源的高度共享 和最佳的整体效能，使得系统作战性能，可使用 性和寿命周期成本相互平衡。
•
AB C
2.航空电子综合的作用 2. 航空电子综合的作用
概念 航空电子综合的作用 综合化航空电子发展历程 先进航空电子综合特点及设计思想
1
1.航空电子概念 1. 航空电子概念
• 航空电子： • Avionics = Aviation + Electronics • 研究电子技术在航空工程中应用的学科，是 在航空技术和电子技术发展中逐步形成的。 -----《中国大百科全书 》 航空电子系统： • 飞机上所有电子设备的总和; • 涵盖通信、导航、雷达、电子战、飞行控制和管 理等各个系统的电子子系统，同时也包括这些系 统间用于信息交换和资源共享的信息综合系统。
8大关键分系统：
5
F22航电系统分析
7项关键技术：
– – – – – – – 先进航电系统顶层设计技术； 通用综合处理机技术； 驾驶员助手技术； 机载有源相控阵雷达 多传感器管理和信息融合技术； 超视距攻击与防御技术； 智能化座舱显示控制技术。
先进综合式航空电子系统
90年代初的“宝石台”计划，是“宝石柱” 结构的延伸和增强，沿用了“宝石柱”结构 思想，中心是解决传感器成本、重量、体积 、功率和可靠性等问题 继续使用通用化、模块化和标准化的模块系 列，以减少成本及支援性问题，即采用综合 的传感器结构
航空电子综合化发展的特点：
AB C
可使用性
基本信息链： 信息的获取、传输、处理和应用 需求牵引： 越来越高的作战性能、操作性能、可用性等需求 技术推动： 信息、计算机、控制、电子技术快速发展 经济压力： 寿命周期成本、国防经费开支的理念
需求驱动
生存周期成本
LA B
– “先敌发现、先敌发射、先敌摧毁”的超视距攻击与防御能力； – 飞行、打击路径一体化实时规划的时敏目标打击能力； – 支持网络中心战能力。
四个发展阶段：
分立式航空电子系统（40－50年代） 联合式航空电子系统（60－70年代） 综合式航空电子系统（80－90年代） 先进综合式航空电子系统（2000年之后）
分立式航空电子系统
各子系统独立， 分别有传感器、 信号采集、处理 到显示和控制一 整套设备
AB C
wk.baidu.com
综合式航空电子系统
高速数据总线等 多种互连方式 数字信息综合
LA B
联合式航空电子系统
1553总线 综合显示控制
先进综合式航空电子系统
统一网络 传感器信号 综合
3
联合式航空电子系统
70年初数字式航空电子信息系统（DAIS）计划提 出四个标准：
1750处理器 1553多路传输总线 1760通用外挂管理 JOVIAL语言
F35航电系统分析
8项关键技术：
高度综合化航电系统顶层设计技术； 综合核心处理机技术； 高度综合化智能化任务软件技术； 射频传感器综合技术； 综合光电系统技术； 多传感器管理和信息融合技术； 时敏目标打击技术； 智能化座舱显示控制技术。
5大关键分系统：
3大优势能力：
4.先进航空电子综合特点 4. 先进航空电子综合特点 及设计思想
2大优势能力：
– 优势制空作战能力——“先敌发现、先敌发射、先敌摧毁” 的超视距攻击与防御能力； – 无线电静默攻击能力。
先进综合式航空电子系统
AB C
先进综合式航空电子系统
LA B
先进综合式航空电子系统
JAST（联合先进攻击技术）计划，是 向实用化过渡的先进技术验证计划， 其技术成果应用到美国JSF（联合攻击 战斗机）上
技术基础：基本信息链
信息获取：根据能量获取目标的相关信息，如雷 达方程； 信息传输：在信道进行信息交换，理论根据为香 农信道容量公式； 信息处理：对源数据进行检测、相关、组合和估 计； 信息应用：提供态势和辅助决策，实施飞行操纵 和火力控制。
技术推动（从器件方面说）
飞行器生存周期变长： 40+ 年 部件生存周期变短： 3 年
半导体器件： 军用市场份额不足 1%
任务性能
在开发阶段系统已经落后 不能支持全周期购买
7
4.先进航空电子综合特点 4. 先进航空电子综合特点 及设计思想
先进航空电子综合的设计思想：
强调可负担得起、开放式系统结构、可变规模能力、 商用货架产品（COTS）技术（JSF飞机价格限制在2800 －3500万美元之间） 传感器信号综合和孔径综合 基本构件为内含测试和故障隔离的标准模块 使用先进的统一航空电子互连网络 可重用的软件 强调信息安全保障
综合式航空电子系统
综合式航空电子系统
AB C
– – – – – – – – – – – –
LA B
综合式航空电子系统
我国九五、十五预研航空电子 系统框图
综合式航空电子系统
综合式航空电子系统的主要特点：
功能分区实现，整个系统按功能划分为横向的层次，在 每个功能区层次实现更深度的综合 实现共用模块、容错和重构，以满足对新一代系统的更 高要求 系统的硬件基础建立在外场可更换模块（LRM）上，LRM 模块构成功能的独立单元，也是机内自检（BIT）、容 错重构、二级维修及资源共享等新概念和新技术的硬件 基础 系统互连向高速网络化发展，F-22使用了星形拓朴结构 的高速光纤、点对点光纤链路及1553B等多种传输手段
联合式航空电子系统
DAIS计划开创了“航空电子系统综合”的概念，称 为联合式系统结构 可进行统一的信息调度和系统管理，有一定的扩展 能力和重构能力 在一定程度上解决了战斗机设备和座舱体积重量矛 盾、减轻飞行员负荷 为军机带来作战效能的提高，成功地应用于F-16、 F-18和法国的幻影2000等一系列战机上
提高飞机作战能力 提高飞机隐身性能 减轻飞行员负担 降低飞机成本
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 精确控制雷达辐射信号 • 采用无源或光传感器装置（红外搜索跟踪、前视红外、 激光雷达、数字地图等）
LA B
航空电子综合的作用
课程安排
绪论 （四学时） 航空电子系统功能（十二学时） 开放的系统结构 （四学时） 互连技术 （六学时） 航空电子通用模块（四学时） 航空电子系统软件（六学时） 系统操作与管理 （四学时） 系统安全与保障 （四学时） 1. 2. 3. 4.
LA B
技术发展，教材匮乏，选课者渐少
空 中交通管制 /敌 我识别
测距/塔康
标志信标
非方向性信标 罗兰C系统
8
2.1 无线电通信系统
• 定义：
航空通信是现代飞机航空电子系统的重 要组成部分，是利用无线电波的传播特性完 成特定功能的系统。
无线电通信种类：
王 彤 寇明延
航空电子综合技术课程背景
国防科研发展，需求增加
AB C
更新教材，探索新的教学模式 2000年以后重开课程，是国内最早开设此类课程的高校 成为有国防和航空航天特色的研究生专业课之一
教材已出版，望同学们踊跃购买
熊华钢 王中华（编著）先进航空电子综合技术 国防工业出版社 2009
F22 F22航电系统分析 航电系统分析
4大计划支撑：
“宝石柱”（Pave Pillar）计划； PA（驾驶员助手）计划； ICNIA（综合通讯/ 导航/识别航空电子系统）计划； INEWS（综合电子战系统）计划。 AN/APG-77有源相控阵雷达； AIRST先进的红外搜索跟踪系统（选装）； IEWS综合电子战系统； ICNI综合通信/导航/识别系统； CIP通用综合处理机； 广角全息平视仪； 联合头盔； PA驾驶员助手系统。
将原来各自独立工作的航空电子设备通过1553B数 据总线进行互联，并通过任务软件，进行综合控 制显示，实现信息资源共享。
联合式航空电子系统
AB C
目前我国在研的第三代战斗机广泛采用了集中分 布式的综合航空电子系统，如歼十，歼轰七A， 歼11B，歼八C、歼八F、直十等型号 我国第三代战斗机的综合航空电子系统主要采用 单总线及双总线结构 综合水平与国外的战斗机如F15、F16等飞机的综 合航空电子水平大体相当
二. 航空电子系统功能
参考书： 军用航空电子系统 [电子工业出版社][2008] Introduction to avionics systems (3rd) [springer][2011] 机载雷达原理与系统,[2010]航空工业出版社 电子战原理与应用，[2011]电子工业出版社
引言
飞机的用途多种多样：运输、空战、轰 炸、攻击、预警、侦察等等
AB C
航空电子系统的功能需求
• 无线电通信、导航与识别 • 探测与电子对抗 • 系统控制与管理
飞行训练、运输时CNI应用示意图
LA B
•
• • • • • • •
航空电子系统的组成：
无线电通信系统 导航系统 目标探测系统 电子战系统 火力控制系统 飞行控制系统 控制/显示系统
CNI射频频谱
航空电子综合技术课程背景
主要参考文献：
Moir and Seabridge 民用航空电子系统 航空工业出版社 2009 Moir and Seabridge 军用航空电子系统 电子工业出版社 2008 C.R.斯比策（主编） 数字航空电子技术 航空工业出版社 2010 有关标准
一 绪 论
联合式航空电子系统
LA B
联合式航空电子系统 联合式航空电子系统
4
综合式航空电子系统
80年代中期的“宝石柱”计划，采用综合功能子系统 ，将系统划分为四个功能区，即传感器子系统区、数 字信号处理区、任务处理区、飞机管理区，形成了模 块化的航空电子综合系统结构 除宽带传感器信号外，数据及控制信息通过在核心处 理功能控制下的互连网络进行交换 核心处理功能是通过一套标准的功能模块系列而实现 的 实施任务信息和数据的综合处理，成为本世纪初服役 的军用F-22航空电子系统的基础
2
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 采用开放的系统结构和商用货架产品技术 • 贯彻模块化、通用化、标准化的原则 • 提高了飞机的可靠性和维修性
3.航空电子综合技术发展历程 3. 航空电子综合技术发展历程
航空电子综合技术课程背景
航空电子综合技术
电子信息工程学院
2012年
八十年代中至九十年代中开设了该课程
航空电子与总线通信实验室于70年代开始在国内率 先开展航空电子综合和机载总线网络研究 80年代初建立了国内第一套基于1553总线的综合航 空电子演示系统 90年代初期在国内出版了第一部《航空电子综合化 》专著
先进综合式航空电子系统
Stores Management
JSF航空电子系统 JAST航空电子系统结构
6
F35航电系统分析
6大计划支撑：
– – – – – – – – – – – – “宝石台”（Pave Pace）计划； JAST（联合先进攻击技术）计划； ISS （综合传感器系统）计划； AMSTE（经济可承受的移动面目标交战）计划； AT3（先进战术目标瞄准技术）计划； 网络中心协同目标定位（NCCT）计划。 APG-81有源相控阵雷达； MIRFS（多功能综合射频系统） IEOS综合光电系统； ICP综合核心处理机； HMD联合头盔； 高度综合化智能化任务软件（Mission S/W）。 – – – – – – – –
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 对探测传感器获取的信息进行信号综合、数据融合 • 综合显示，支持飞行员或指挥员完成任务 • 综合外部信息或将本机信息发给其他作战单位
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
1.航空电子概念 1. 航空电子概念
• 航空电子综合：
在飞机物理结构空间中将电子功能及相应 的电子设备，通过机载网络和软硬件等技术组合 成为一个有机的整体，达到系统资源的高度共享 和最佳的整体效能，使得系统作战性能，可使用 性和寿命周期成本相互平衡。
•
AB C
2.航空电子综合的作用 2. 航空电子综合的作用
概念 航空电子综合的作用 综合化航空电子发展历程 先进航空电子综合特点及设计思想
1
1.航空电子概念 1. 航空电子概念
• 航空电子： • Avionics = Aviation + Electronics • 研究电子技术在航空工程中应用的学科，是 在航空技术和电子技术发展中逐步形成的。 -----《中国大百科全书 》 航空电子系统： • 飞机上所有电子设备的总和; • 涵盖通信、导航、雷达、电子战、飞行控制和管 理等各个系统的电子子系统，同时也包括这些系 统间用于信息交换和资源共享的信息综合系统。
8大关键分系统：
5
F22航电系统分析
7项关键技术：
– – – – – – – 先进航电系统顶层设计技术； 通用综合处理机技术； 驾驶员助手技术； 机载有源相控阵雷达 多传感器管理和信息融合技术； 超视距攻击与防御技术； 智能化座舱显示控制技术。
先进综合式航空电子系统
90年代初的“宝石台”计划，是“宝石柱” 结构的延伸和增强，沿用了“宝石柱”结构 思想，中心是解决传感器成本、重量、体积 、功率和可靠性等问题 继续使用通用化、模块化和标准化的模块系 列，以减少成本及支援性问题，即采用综合 的传感器结构
航空电子综合化发展的特点：
AB C
可使用性
基本信息链： 信息的获取、传输、处理和应用 需求牵引： 越来越高的作战性能、操作性能、可用性等需求 技术推动： 信息、计算机、控制、电子技术快速发展 经济压力： 寿命周期成本、国防经费开支的理念
需求驱动
生存周期成本
LA B
– “先敌发现、先敌发射、先敌摧毁”的超视距攻击与防御能力； – 飞行、打击路径一体化实时规划的时敏目标打击能力； – 支持网络中心战能力。
四个发展阶段：
分立式航空电子系统（40－50年代） 联合式航空电子系统（60－70年代） 综合式航空电子系统（80－90年代） 先进综合式航空电子系统（2000年之后）
分立式航空电子系统
各子系统独立， 分别有传感器、 信号采集、处理 到显示和控制一 整套设备
AB C
wk.baidu.com
综合式航空电子系统
高速数据总线等 多种互连方式 数字信息综合
LA B
联合式航空电子系统
1553总线 综合显示控制
先进综合式航空电子系统
统一网络 传感器信号 综合
3
联合式航空电子系统
70年初数字式航空电子信息系统（DAIS）计划提 出四个标准：
1750处理器 1553多路传输总线 1760通用外挂管理 JOVIAL语言
F35航电系统分析
8项关键技术：
高度综合化航电系统顶层设计技术； 综合核心处理机技术； 高度综合化智能化任务软件技术； 射频传感器综合技术； 综合光电系统技术； 多传感器管理和信息融合技术； 时敏目标打击技术； 智能化座舱显示控制技术。
5大关键分系统：
3大优势能力：
4.先进航空电子综合特点 4. 先进航空电子综合特点 及设计思想
2大优势能力：
– 优势制空作战能力——“先敌发现、先敌发射、先敌摧毁” 的超视距攻击与防御能力； – 无线电静默攻击能力。
先进综合式航空电子系统
AB C
先进综合式航空电子系统
LA B
先进综合式航空电子系统
JAST（联合先进攻击技术）计划，是 向实用化过渡的先进技术验证计划， 其技术成果应用到美国JSF（联合攻击 战斗机）上
技术基础：基本信息链
信息获取：根据能量获取目标的相关信息，如雷 达方程； 信息传输：在信道进行信息交换，理论根据为香 农信道容量公式； 信息处理：对源数据进行检测、相关、组合和估 计； 信息应用：提供态势和辅助决策，实施飞行操纵 和火力控制。
技术推动（从器件方面说）
飞行器生存周期变长： 40+ 年 部件生存周期变短： 3 年
半导体器件： 军用市场份额不足 1%
任务性能
在开发阶段系统已经落后 不能支持全周期购买
7
4.先进航空电子综合特点 4. 先进航空电子综合特点 及设计思想
先进航空电子综合的设计思想：
强调可负担得起、开放式系统结构、可变规模能力、 商用货架产品（COTS）技术（JSF飞机价格限制在2800 －3500万美元之间） 传感器信号综合和孔径综合 基本构件为内含测试和故障隔离的标准模块 使用先进的统一航空电子互连网络 可重用的软件 强调信息安全保障
综合式航空电子系统
综合式航空电子系统
AB C
– – – – – – – – – – – –
LA B
综合式航空电子系统
我国九五、十五预研航空电子 系统框图
综合式航空电子系统
综合式航空电子系统的主要特点：
功能分区实现，整个系统按功能划分为横向的层次，在 每个功能区层次实现更深度的综合 实现共用模块、容错和重构，以满足对新一代系统的更 高要求 系统的硬件基础建立在外场可更换模块（LRM）上，LRM 模块构成功能的独立单元，也是机内自检（BIT）、容 错重构、二级维修及资源共享等新概念和新技术的硬件 基础 系统互连向高速网络化发展，F-22使用了星形拓朴结构 的高速光纤、点对点光纤链路及1553B等多种传输手段
联合式航空电子系统
DAIS计划开创了“航空电子系统综合”的概念，称 为联合式系统结构 可进行统一的信息调度和系统管理，有一定的扩展 能力和重构能力 在一定程度上解决了战斗机设备和座舱体积重量矛 盾、减轻飞行员负荷 为军机带来作战效能的提高，成功地应用于F-16、 F-18和法国的幻影2000等一系列战机上
提高飞机作战能力 提高飞机隐身性能 减轻飞行员负担 降低飞机成本
航空电子综合的作用
• 提高飞机作战能力 • 提高飞机隐身性能 • 减轻飞行员负担 • 降低飞机成本
• 精确控制雷达辐射信号 • 采用无源或光传感器装置（红外搜索跟踪、前视红外、 激光雷达、数字地图等）
LA B
航空电子综合的作用
课程安排
绪论 （四学时） 航空电子系统功能（十二学时） 开放的系统结构 （四学时） 互连技术 （六学时） 航空电子通用模块（四学时） 航空电子系统软件（六学时） 系统操作与管理 （四学时） 系统安全与保障 （四学时） 1. 2. 3. 4.
LA B
技术发展，教材匮乏，选课者渐少
空 中交通管制 /敌 我识别
测距/塔康
标志信标
非方向性信标 罗兰C系统
8
2.1 无线电通信系统
• 定义：
航空通信是现代飞机航空电子系统的重 要组成部分，是利用无线电波的传播特性完 成特定功能的系统。
无线电通信种类：
王 彤 寇明延
航空电子综合技术课程背景
国防科研发展，需求增加
AB C
更新教材，探索新的教学模式 2000年以后重开课程，是国内最早开设此类课程的高校 成为有国防和航空航天特色的研究生专业课之一
教材已出版，望同学们踊跃购买
熊华钢 王中华（编著）先进航空电子综合技术 国防工业出版社 2009
F22 F22航电系统分析 航电系统分析
4大计划支撑：
“宝石柱”（Pave Pillar）计划； PA（驾驶员助手）计划； ICNIA（综合通讯/ 导航/识别航空电子系统）计划； INEWS（综合电子战系统）计划。 AN/APG-77有源相控阵雷达； AIRST先进的红外搜索跟踪系统（选装）； IEWS综合电子战系统； ICNI综合通信/导航/识别系统； CIP通用综合处理机； 广角全息平视仪； 联合头盔； PA驾驶员助手系统。
将原来各自独立工作的航空电子设备通过1553B数 据总线进行互联，并通过任务软件，进行综合控 制显示，实现信息资源共享。
联合式航空电子系统
AB C
目前我国在研的第三代战斗机广泛采用了集中分 布式的综合航空电子系统，如歼十，歼轰七A， 歼11B，歼八C、歼八F、直十等型号 我国第三代战斗机的综合航空电子系统主要采用 单总线及双总线结构 综合水平与国外的战斗机如F15、F16等飞机的综 合航空电子水平大体相当
二. 航空电子系统功能
参考书： 军用航空电子系统 [电子工业出版社][2008] Introduction to avionics systems (3rd) [springer][2011] 机载雷达原理与系统,[2010]航空工业出版社 电子战原理与应用，[2011]电子工业出版社
引言
飞机的用途多种多样：运输、空战、轰 炸、攻击、预警、侦察等等
AB C
航空电子系统的功能需求
• 无线电通信、导航与识别 • 探测与电子对抗 • 系统控制与管理
飞行训练、运输时CNI应用示意图
LA B
•
• • • • • • •
航空电子系统的组成：
无线电通信系统 导航系统 目标探测系统 电子战系统 火力控制系统 飞行控制系统 控制/显示系统
CNI射频频谱
航空电子综合技术课程背景
主要参考文献：
Moir and Seabridge 民用航空电子系统 航空工业出版社 2009 Moir and Seabridge 军用航空电子系统 电子工业出版社 2008 C.R.斯比策（主编） 数字航空电子技术 航空工业出版社 2010 有关标准
一 绪 论
联合式航空电子系统
LA B
联合式航空电子系统 联合式航空电子系统
4
综合式航空电子系统
80年代中期的“宝石柱”计划，采用综合功能子系统 ，将系统划分为四个功能区，即传感器子系统区、数 字信号处理区、任务处理区、飞机管理区，形成了模 块化的航空电子综合系统结构 除宽带传感器信号外，数据及控制信息通过在核心处 理功能控制下的互连网络进行交换 核心处理功能是通过一套标准的功能模块系列而实现 的 实施任务信息和数据的综合处理，成为本世纪初服役 的军用F-22航空电子系统的基础