综合航空电子系统结构及相关技术(上)
民用飞机综合航电系统技术分析
I G I T C W技术 分析Technology Analysis62DIGITCW2022.121 民用飞机综合航电系统发展现状本文以波音787和空客A380的综合航电系统为例进行现状分析。
1.1 波音787波音787的综合航电系统采用开放式CCS 结构，具体构成为CDN （通用数据网）、CCR （通用计算设备）、RDC （远程数据采集器）等，构成相对复杂，结构成分较多。
其中，通用计算设备的机柜中安插若干个GCM （通用处理模块）、通用数据网（每秒100兆字节）以及LR M （可更换模块）。
波音787的综合航电系统还整合了非传统航电系统的处理与控制功能，具体包括燃油、环控、防火、电源、起落架、液压、防冰、舱门系统等。
除此之外，其计算机系统以ARINC 653为标准进行设计，以此控制系统改变流程期间的成本投入，同时提高系统的兼容属性，为日后迭代优化等工作提供支持。
该民用飞机的综合航电系统中还采用了网络技术以及与其相兼容的技术，由此可以实现数据的准确、高效传递。
数据链由核心网络、孔底数据链和通用核心系统组成，主要负责外界数据采集与上传。
其中，数据传输期间统一落实AFDX 标准，依托于LED 液晶显示屏的使用以及工业标准GUI 图形界面的设计，满足相关人员的数据查看与操控所需[1]。
1.2 空客A380空客A 380的综合航电系统以I M A 为主，所谓IMA ，是指集成模块化航空电子设备，同时辅以CTOS （商用货架产品）技术和Integeity-178B 操作系统。
在整个系统框架中，该飞机共使用32个IMA 模块，均属于场外可更换模块，分别应用于起落架、显示系统、告警系统、环控系统、引气系统、电传操纵系统、电气系统、自动驾驶系统、燃油系统和液压系统等。
对于该综合航电系统的核心处理以及输入、输出模块而言，其统称为CPIOM ，组成要素较多，构成成分包括PCI 内部互联板、中央处理器线路板、输入线路板等。
综合航电
未来十年综合航电系统的发展趋向综合航空电子系统（下称综合航电系统）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，没有高性能的航电系统，就不可能有高效能作战的战斗机。
综合航电系统在需求牵引和技术推动下已有几十年的发展历史，特别是近十来年，取得了引人注目的进展，促进了飞机作战效能的进一步提高。
然而，目前综合航电系统在使用过程中暴露出不少不足之处，亟待加以改进和完善；同时，21世纪的作战策略和方式的发展也对综合航电系统提出了更具挑战性的要求。
因此，未来的十年，在解决经济上可承受性问题的同时，综合航电系统仍将向着更加综合化、信息化、技术化、模块化及智能化的方向发展，并且综合航电系统的功能、性能以及可靠性、维修性、保障性、测试性和综合效能也将出现突破性的飞跃。
可以预见，航空电子综合化水平将得到不断提高，航空电子综合技术将向深度和广度发展，得到不断完善。
（一）航电系统的发展现状一、航空电子技术与系统结构的发展近半个世纪以来，为解决战斗机中的一系列问题，以美国为首的西方国家开始了漫长的航空电子系统综合技术的开发过程。
综合航空电子技术发展至今，基本上经历了分散、联合、综合到高度综合这4个阶段；航空电子系统结构亦是如此，同样经历了分立式、联合式、综合式和高度综合式4个阶段。
图1给出了4种典型结构的演变。
第一代航空电子系统为分立式结构，雷达、通信、导航等设备各自均有专用且相互独立的天线、射频前端、处理器和显示器等，采用点对点连接。
第二代航空电子系统为联合式结构，使用几个数据处理器完成低带宽的数据传输交换功能,如导航武器投放、外挂管理、显示、控制等，各单元之间通过数字总线交联，资源共享只在信息链后端的控制和显示环节。
这种结构主要来源于美国空军莱特实验室于20世纪70年代提出的“数字式航空电子信息系统”（DAIS）计划，该计划采用机载多路数据传输总线（1553B）技术，简化了设备间的连接关系，减轻了系统的体积和重量，解决了任务处理显示控制的综合问题，对航空电子系统综合化起到了很大的促进作用，使飞机的功能和性能前进了一大步，并为F-15、F-16、A/F-18等普遍应用。
飞机机载电子系统设计及优化
飞机机载电子系统设计及优化随着科技的不断发展，人类社会进入了一个数字化时代。
在这个时代中，机载电子系统变得越来越重要。
比如，现代飞机中包含了众多的机载电子装置，作为控制和管理机体各项活动的核心。
由于其重要性，这些系统的设计和优化变得至关重要。
下面将详细介绍飞机机载电子系统的设计及优化。
一、机载电子系统的概述机载电子系统是指安装在飞机上的电子设备，这些设备在起降、飞行和飞行前后的维护中起着至关重要的作用。
飞机机载电子系统可以分为以下几类：1. 导航系统：包括惯导系统、星载导航系统、星地导航系统等，用于确定飞机的位置；2. 通信系统：包括语音通信和数据通信；3. 控制系统：包括引擎控制和飞行控制等，用于控制飞机的速度、高度和姿态等；4. 环境控制系统：包括空调和压力系统，用于调节飞机内部的温度和压力。
二、机载电子系统的设计1. 确定基本的设计要求在机载电子系统的设计中，首先需要确定基本的设计要求。
这些设计要求包括温度、重量、尺寸和功耗等。
2. 选择合适的电子元器件在确定设计要求后，需要选择合适的电子元器件。
对于飞机机载电子系统而言，必须考虑到在高空和高速飞行中可能遇到的恶劣环境，所选用的元器件必须能够抵抗高温、低温、振动和电磁干扰等。
3. 进行电路设计进行电路设计时，需要充分考虑各种因素，比如：信号的幅度和频率、电源噪声、电磁兼容性等。
因此，电路设计需要非常严谨，使用高品质的元器件和工艺。
4. 进行软件开发机载电子系统与航空控制系统是紧密相关的。
因此，在软件设计过程中，需要与飞机航控系统进行充分的沟通和协调。
此外，由于飞机航班时间的长、维护周期长等原因，软件设计中必须采用高可靠性的方法。
三、机载电子系统的优化1. 模块化设计模块化设计可以将整个系统分割为一些独立的部分。
每个模块都可以单独设计和维护，使得系统在发生故障时更容易诊断和维修。
此外，模块化设计还可以在系统升级时更加灵活。
2. 采用先进的通信技术采用高效的通信技术可以使飞机机载电子系统之间互相交流信息更加方便和快捷，同时减少了不必要的干扰。
航电系统发展概述
航空电子系统的组成：1, 各种机载信息采集设备2，信息处理设备3，信息管理和显示控制设备4，相关的软件二航电系统的发展大致可以分为四个阶段1，分立式航空电子系统，代表机型为F-100 ，F-101，2，联合式航空电子系统，代表机型为F-16C/D3，综合航空电子系统，代表机型为F-22，F-35 综合航电系统的结构特点如下：系统按功能区划分采用高度模块化设计采用高速数据总线采用高度综合的座舱显示系统采用大规模软件技术采用先进的传感器并进行多传感器的信息融合实现了系统容错和重构功能4 先进综合航空电子系统三航空电子系统的发展方向1 智能化电子计算机已成为现代化机载电子设备的核心, 电子计算机的发展已经并将继续不断地改变着机载电子系统的面貌。
当前计算机的发展正面临着重大突破—人工智能计算机的出现。
目前人工智能研究主要集中在专家系统、模式识别系统、机器人等三方面2 综合化采用高级复杂软件增扩最佳控制技术以保证容错, 采用标准化部件, 以减少备件、简化维修、降低全寿命费用。
系统的综合能力依赖于先进的技术支援, 其中包括高速数据总线、超高速集成电路（VHSIC）和人工智能等。
3 全频谱化现代局部战争表明, 电子战已越演越烈,而电子战的实质就是对电磁频谱的激烈争夺。
由于无线电频段和微波频段已拥挤不堪因此航空电子设备的工作频率正逐渐向毫米波、红外、激光、可见光等领域扩展, 从而使航空电子系统趋于全频谱化。
4 隐蔽化在导航系统中采用惯导—全球定位系统组合，惯导—天文导航组合等方案构成载机不辐射电磁波的“ 隐蔽导航系统” 。
采取这种组合方式。
” 既能保持惯导的近距导航较高的精度又可校正远距飞行中惯导的累积定位误差。
当前正在研制的全地形航空电子系统（T2 A）就具有隐蔽导航功能，其核心部件为一个存贮地形三维数据的数据库, 数据库内存有航线中的所有地形的数据,如一些基本点的海拔高度参数、森林、河流、道路、障碍物的信息数据等。
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意识。
有效沟通技巧
掌握有效的沟通技巧， 提高与团队成员的沟通
效率。
分工协作能力
明确团队成员的分工和 协作方式，提高团队协
作能力。
解决团队冲突
学会处理团队中出现的 冲突和矛盾，维护团队
和谐氛围。
06
法律法规与标准要求解读
国际民航组织相关规定
1 2 3
国际民航公约及其附件
人工智能技术概述
介绍人工智能技术的基本原理、发展历程及在航空电子领域的应用前景。
航电系统中的人工智能技术
详细解析航电系统中常用的人工智能技术，如机器学习、深度学习等，并介绍其工作原理及在航电系统中的 应用方式。
人工智能技术应用案例
分享人工智能技术在航电系统中的实际应用案例，如飞行控制系统优化、故障诊断与预测等，并分析其对提 高飞行安全和运营效率的重要性。
研发流程优化
建议企业优化研发流程，加强项目管理和团队协 作，提高研发效率和质量，同时注重知识产权保 护和技术创新。
质量管理体系完善
建议企业加强质量管理体系建设，包括质量方针 、质量目标、质量控制、质量保证等方面，以确 保产品质量和可靠性满足客户需求和法规要求。
培训与人才培养
建议企业加强员工培训和人才培养工作，提高员 工的专业素质和管理能力，为企业发展提供有力 的人才保障。
、智能飞行控制等功能。
安全性考虑
在优化设计中始终注重安全性 原则，确保系统在各种情况下
均能保障飞行安全。
04
先进技术应用案例分享
自动驾驶辅助系统（Autopilot）
自动驾驶辅助系统概述
介绍自动驾驶辅助系统的基本原理、功能及在航空领域的 应用。
第四代战斗机航空电子系统的技术特点_高岩
综合化、信息化的航空电子系统大大提升了 机采用的高速数据总线是 50 兆比特 / 秒的光纤网 感器，按射频和光电两个频段综合为一个系统。
第四代战斗机的超视距空战、单机多目标攻击、近 络，比联合式航空电子系统采用的 1553B 总线的传
3.3 智能化座舱显示控制技术
距格斗、对地攻击、电子战、夜战和协同作战等能力。 输速度 1 兆比特 / 秒 高 50 倍。
空电子系统，其主要技术特点是系统高度综合化。 离，甚至将故障定位到某个可在外场更换的模块， 成本的比例不断增大的主要原因之一。
航空电子系统的综合化，首先体现在系统结 维护人员只需更换故障模块即可排除故障。这样就
2.6 先进传感器及多传感器信息融合
构的综合上，即运用先进的航空电子技术，将系统 大大方便了系统的维护，提高了飞机的可维修性和
由于采用先进的头盔瞄淮显示系统、分布式红外探 成，可为飞行员提供全面的战场态势信息和相关飞 器、握杆操纵控制器、正前方控制器等技术，以及多
测系统、有源相控阵火控雷达，可以实现空空导弹 行信息，具有良好的人机界面和较高的人机工效。 平台、多传感器数据融合技和驾驶员辅助决策人工
- 90°~+90°的大离轴发射。由于雷达对地合成孔 平视显示器是视场为 20°*30°的广角全息显示 智能技术。
座舱显示控制是通过驾驶员与飞机及机载设
由于装备有源相控阵火控雷达，并通过数据链与飞
2.3 高度综合的座舱显示系统
备之间的人机界面来实现的。第四代战斗机的智能
机外部信息源相交联，第四代战斗机可在更远的距
F- 22 飞机采用了高度综合的座舱显示系统， 化座舱显示控制技术，主要包括全息广角平视仪、
离上实现先敌发现，以及超视距、多目标先敌攻击。 座舱显示由 1 个平视显示器和 6 个下视显示器组 大屏幕有源触摸屏式液晶显示器、语音告等；控制
PHM技术在综合航空电子系统中的应用
PHM技术在综合航空电子系统中的应用作者：孙粉妮来源：《中国科技博览》2019年第02期[摘要]PHM技术不是当今时代一项全新的技术或者概念。
PHM是一项独立的可检测、可检查的系统技术，之所以会有这项技术主要是因为航空电子系统的发展在不断壮大，同样这也会是今后综合航空电子系统领域的一项重要技术。
目前，PHM技术已经成为我国军事航空领域主要研究的技术，它对综合电子系统的发展有着很重要的影响因素及意义。
[关键词]PHM 技术；综合航空；电子系统中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0151-01目前，我国的军事科技的不断发展壮大，制空权对军事科技的影响也因此越来越大，世界各国都将会对军事航空领域加大投资力度。
当今的军事局格局正处于一个非常严峻的时刻，军事的发展离不开科学与技术，同样，航空中电子系统的应用也起到了非常重要的作用，一个细小的零件都可能会影响全局。
从综合航空电子系统方面来看，PHM是对其最具有影响的一项技术。
近几年，航空领域在军事安全方面以及经济效益方面的发展都离不开PHM技术的支持。
所以，我们必须要将PHK技术广泛地应用到航空电子系统中去。
一、 PHM 技术的概述、应用领域以及现状1.1 PHM 技术的简介Fault Prediction and Health Management 是PHM技术的全称，即故障预测与健康管理。
它主要应用在一些战斗机或者其他飞行机上，除此之外，还会应用到一些核电站以及大型水坝上。
PHM技术的主要包括两大功能，即故障预测和健康管理。
下面我们分别来介绍一下这两项功能，故障预测的功能是起到警报的作用，它可以对系统部件进行检测和预测，对可能遇到的问题进行预测或者预计系统的正常工作时间；健康管理则是针对这些问题，依据PHM技术所提供的资料制定出恰当的治理方法。
1.2 PHM技术的应用情况PHM系统一般应具备故障检测、故障隔离、增强的诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪等能力，通过联合分布式信息系统与自主保障系统交联。
航电系统简介
二、航电系统的历史
航空电子设备走过了漫长的发展道路， 经历了几次大的变革，每一次变革都使 飞机的性能获得提高，并且进一步推动 航空电子技术的发展。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。
二、航电系统的历史 （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。
F-15鹰式战斗机是美国麦克唐纳·道格拉斯公司 为美国空军研制生产的双引擎、全天候、高机动性空 中优势重型战斗机。
是世界上第一种成熟的第四代战斗机（根据苏联 传统分类和美国2009年后分类方式两者已统一，所 以以上就是唯一的国际第四代战斗机标准）
F-15是由1962年展开的F-X(FighterExperimental)计划发展出来，1969年由麦道 (McDonnell Douglas)公司得标，1972年7月首次 试飞，1974年首架量产机交付美国空军使用。
F-18战斗机引入了“玻璃”座舱概念，淘汰了许 多表盘式仪表，并将原先表盘式仪表的信息显示在阴 极射线显示器上。
安装了抬头显示器 （HUD），仪表面板上 安装了两个多功能阴极 射线显示器和一个水平 阴极射线显示器。座舱 内安装了手不离杆 （HOTAS）油门杆和操 纵杆，作战中需要使用 到了控制开关都集成在 了油门杆和操纵杆上。
三、新一代航空电子系统
（二）新一代航空电子系统的特点
2.综合化进一步向深、广方向发展。“宝石柱” 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。