航空电子系统发展历程

4
1
特点：
不存在中心计算机对整个系统的控制 每个子系统有各自的传感器、控制器、显示器以及自己的专
用计算机 这种结构专用性强 缺少灵活性 难以实现大量的信息交换 任何改进都需要通过更改 硬件来实现
5
第二代称为联合式航空电子系统，各设备前端和 处理部分均独立，信息链的后端控制与显示部分综合 在一起，达到资源共享。60至70年代的航空电子系统 逐步推广这种结构，现已广泛应用于现役航空器中。
机载雷达； 航空通信系统(短波、超短波电台，卫星通信设备，短波、
超短波语言保密机，机载数传等)； 导航系统(塔康，多普勒自主式导航，无线电定向，着陆系
统和卫星导航等)； 自动飞行系统 自动油门系统 敌我识别系统； 电子自卫系统(雷达告警、红外告警、导弹逼近告警、激光
告警、无源干扰投放器、箔条弹、红外弹、烟幕弹、有源 雷达干扰机、有源红外干扰机等)。
按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分
子型、离子型、准分子型的气体激光器等。按其发射位
置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载等类型，按其
16
4
2.国内外航电系统的发展现状和特点
2.1 机载雷达
机载雷达的发展已从单脉冲雷达体制向动目标显示、 脉冲多普勒、合成孔径、相控阵等先进的雷达体制发 展；在功能上正向多功能发展；在波段上正向8mm和 3mm波段方向发展。
现在正在发展和装备激光雷达，激光雷达的优势 （比之微波雷达）在于极高的空间分辨率、极大的 Doppler频移以及相对较为轻便的天线系统。
10
F-35驾驶舱
11
航电综合系统结构不断改进,使航空电子综合系统 的水平迅速提高,从而促成了战斗机水平的更新换代。 在航空电子系统对飞机整体性能影响日益增大的同时， 航空电子系统的硬件成本占飞机出厂总成本的比例也 在直线上升：从20世纪60年代F-4的10%，70年代F-15C 的21%，80年代中期F-16C的30%，到90年代EF2000和F22战斗机的40%～50%。
29
31
舰载激光武器
30
32
8
美军移动型战术高能激光系统（THEL）的激光发射部分
33 34
2016/8/5
激光武器的优点：无需进行弹道计算，无后坐力， 操作简便，机动灵活，使用范围广，无放射性污染。
激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，
不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产
生不同的杀伤破坏效应。激光器的种类繁多，名称各异。
实验表明，雷达测得的前向风速情况与飞机在后数十秒的飞 行所遇到的大气情况有极好的相关性。证明该雷达可以实时 提供前向严重湍流的精确的数值测量。
该雷达的一个重要用途是使飞机避开对飞行产生极大影响的 风切变。
25
2016/8/5
2.1.4 利用飞行器激波探测识别 飞行器的机理研究
激波的密度与正常气体密度有明显的变化，而且边缘清晰， 形成了一个折射率与周围大气有显著区别的区域。
（测定尾焰中的碳黑成分以识别目标） • 尾焰及弹体的辐射及空间结构； • 弓形激波的光学特性。
20
5
（2）从地面观察同步地球卫星—GLINT
它应用Fourier望远术的概念，发射三束频率调制的激光束到 需要观察的卫星，回波的接收则是一个分布在100米范围内的望远 镜阵列，图象的重构是通过计算机对所有接收信号的处理和计算来 实现的。
18
2016/8/5
主要研究内容：（1）雷达激光器 波长:1.064mm，0.532mm；（2） 主动成像。
预期作用距离：在100km以上（车载）； 军方：海军空间和战略系统中心； 基地所在地：肯尼迪航天中心。 直接检测： 应用 目标识别（包括推进器形式），跟踪，摧毁评价，瞄准点
选择，CSO（Composite Second Order二阶组合差拍 ）辨别； 创新 有光纤耦合探测，双波长，双模式（雷达/成像）,校正的
单元数 波长（材料） 激光能量 及帧率
3232 532nm
5-10kHz， 33mJ， 700ps
6464 1.7mm(InGaAs） 250Hz,能 4.2mm(HgCdTe） 量未提及
1288 （InGaAs）
Nd:YAG MOPA
200Hz
128128 1.56mm
10mJ， 50Hz
24
6
2.1.3 测风激光雷达
21
2.1.2 激光三维成像雷达新概念 FLASH激光雷达
传统的成像激光雷达：扫描成像 致命的缺点：数据更换太慢
扫描装置体积大 难以做到大视场扫描 如果使用焦平面阵列探测器，时间处理电路的数量成为制约 成象象素数量的瓶颈。 闪光雷达的概念: 利用一个脉冲，获取全幅图象的三维信息。 关键部件: 带时间处理器(CMOS)的焦平面阵列(FPA: Focal Plane Array)； 读出集成电路(ROIC: Read Out Integrated Circuit)
因此，未来的航空电子系统除继续保持航空电子 的进一步综合化、信息化和智能化的发展势头外，还 必须探索有效的解决办法减少航空电子的寿命周期费 用。
12
3
新一代综合航电系统发展方向，随着科技的进步， 未来综合航空电子系统必将更加向综合化、模块化、 通用化和智能化的方向发展。 ① 综合化设计 综合化设计能压缩航空电子系统的体积和重量，减轻 飞行员的工作负担，提高系统的可靠性，降低全寿 命周期费用等。要实现系统的 高度综合就必须采用自上而下 的顶层设计方法，将整个航空 电子系统当作飞机的单一子系 统，进行整体的优化设计和总 体设计。
13
② 模块化设计 模块化是实现系统结构简化和综合化的基础，也是
实现系统重构的基础。新一代综合航电系统要实现高度 的模块化，就应采用模块化的系统结构。应全面采用通 用的、标准的外场可更换模块(LRM)，并尽可能减少专 用LRM的数量。例如，F－22的计算机信息处理系统。
14
2016/8/5
③ 通用化设计
3
1.2 航电技术与系统结构的发展
综合航空电子技术发展至今，基本上经历了分立、 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。
第一代航空电子系统为分立 式结构，20 世纪初到20世纪50 年代是离散式结构阶段，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。
特点：
子系统的相对独立性
全机统一调度和管理
模块化软件设计
降低研制经费
便于维护、更改和
功能扩充
6
2016/8/5
7
第三代称为综合式航空电子系统，80年代美国的 “宝石柱”航空电子系统是其典型代表，它具有更大 范围的综合信号处理和控制/显示功能。这一代系统的 主要特征是可以用少量模块单元完成几乎全部的信号 与数据处理，目标、地形及威胁数据可以融合。80至 90年代研制这种系统，现已在美国F-22等最新一代航 空器中应用。 特点： 系统结构层次化 功能模块标准化 数据总线高速化 维护方便、容错 性强、易扩展和成本低。
NASA Dryden 飞行研究中心和Coherent技术公司合作,在 1999年发表了他们的机载Doppler激光雷达的飞行实验结果。 激光发射:主激光器→脉冲激光器;主激光器中包括一个移频为中 频频率的声光调制器,提供本振光源。 工作波长:2.015mm；脉冲能量:12mJ；脉宽：460nsec；重复频率： 100Hz；天线口径：100cm． 作用距离：数百米到10千米； 测速范围：25米/秒；
22
2016/8/5
已报道的进行FLASH激光雷达研究的机构
公司名称 报道时间 单元数 波长（材料） 激光能量 及帧率
Lincoln 1998年 44 实室532nm（硅）Lincoln 2001年 3232 InGaAs 实验室
250mJ， 1kHz
Lockheed 2001年 88→1 1.5mm
通用化的含义就是在系统中最大限度地使用相同类型的模块， 以达到提高系统的重构能力，提高后勤保障能力和降低保障费用 的目的。美国国防部专门成立了一个“联合综合航空电子组”， 进行有关通用化的研究，制定了“先进航空电子结构”计划，旨 在对三军新型军用飞机发展过程中寻求航空电子结构的共同性， 提高通用化设计的水平。
Goodrich 公司则报道了一个利用空气中微粒的散射回波的 小型锁模激光雷达，以测量气流速度。
27
被称为冲击波项圈或蒸汽锥
26
航迹涡流的特征图形 28
7
2.1.5 形形色色的激光武器
激光枪
2016/8/5
机载激光武器
机载激光武器(ABL)，ABL的目标是研制装在经过改造的波音747飞机上安装激光武器， 用于从高空攻击敌方的战区弹道导弹。
其优势所在，决定了它在军事应用中的地位。在战 略方面，主要用于精确定位和目标特征识别。
17
2.1.1 激光雷达技术进展和动态
最早的战略激光雷达是美国麻省理工学院林肯实验 室于1975年建成的火池雷达(Firepond)，它位于美国东 北部马萨诸塞州(Massachusetts) 的Millstone Hill 外场基地，用于监测GEOS-III卫星，(作用距离1100km) 也用于观察美国NASA从弗吉尼亚州的Wallops基地发射 火箭的运行轨迹。 （1）美国最近在远程激光雷达研制动态 美国 ADA370589 （1999.11） 标题：“ISTEF Radar Program” ISTEF：Innovative Science and Technology Experimention Facility
15
④ 智能化设计 随着先进计算机技术的应用，智能化程度也将更
高，新一代军用飞机应该是一个具备高性能计算能力 和高吞吐量的智能计算机网络，能够为飞行员提供实 时决策咨询，对各种目标进行自动分类识别，为各种 进攻武器实时提供所需的目标参数、发射计算和引导 控制等。