机载电子设备概论[1]

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机载电子设备概论[1]
航空仪表分类
o 按功用分：飞行仪表、发动机仪表和其它 设备仪表(导航仪表、系统状态仪表)。
o 按原理分：测量仪表、计算仪表、调节仪 表。
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机载电子设备概论[1]
航空仪表分类
o 测量仪表：用来测量飞机的各种运动参数， 这些仪表的特点是需测量的参量可直接或间 接测量获得；
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A320
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A320驾驶舱
机载电子设备概论[1]
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波音777-200L
机载电子设备概论[1]
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波音777-200L驾驶舱
机载电子设备概论[1]
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波音747 电子舱
机载电子设备概论[1]
机载电子设备的作用
GPS 卫星星座（示意图）
机载电子设备概论[1]
Hale Waihona Puke 机载电子设备发展回顾（10）
o GPS基于无源伪距测距原理，利用4颗卫星实 现距离（伪距）测量，即确定用户位置。
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位置及 时间
测量距离
接收机 时钟偏差
GPS导航基本原理
机载电子设备概论[1]
机载电子设备分类
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Becker VHF机载无线电收发机
机载电子设备概论[1]
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陀螺（定轴性）
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（2）
o 至第一次世界大战，航空仪表主要包括：直 读式发动机转速表，润滑油温度和压力表， 空速表，高度表和罗盘。但这些仪表都不含 电子元件。
o 第一次世界大战中，德国人利用无线电进行 飞机途中定位，方法是飞机向多个地面无线 电台发射无线电信号，这些电台用三角法 （测向）测出飞机位置后，将位置信息发给 驾驶员。
空中监视雷达的收发设备
机载电子设备概论[1]
机载探测雷达（位于机身下方）
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机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（6）
o 同期，阴极射线管显示器出现在驾驶舱，由 于新的导航和目标探测设备 产生大量信息 （使仪表板上的仪表指示不断膨胀以致无法 容纳，驾驶员负担过重），这些信息需要尽 可能详细地提取出来并以方便的方式呈现给 机组人员。
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简单的无线电导航
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（4）
o 1930年代，飞机成为一种运输工具，由于 尺寸变大、设备日趋复杂，并要求昼夜进 行远距离飞行，它们开始给驾驶员带来体 力和精神上的极度疲劳，美国人开始在民 航飞机上使用自动驾驶仪，以减轻驾驶员 的负担。
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机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（7）
o 1950年，美国研制出第一部惯性导航系统： 一种将陀螺仪和灵敏的加速度计结合在一起 的新的导航方法。由此，开创了自主式导航 系统的时代。
o 惯性导航系统（INS）是一种不依赖于任何 外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导 航系统，具有很好的隐蔽性 。
航空电子设备
o 严格意义上，航空电子设备仅适用于专门为 航空用途而设计的，并且作为飞行器的一个 组成部分安装在飞行器上的电子设备。
o Avionics(航空电子) = Aviation(航空)+Electronics(电子)
o 航空电子始终是航空发展的最重要因素之一。
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机载电子设备概论[1]
o 卫星导航系统是将导航台设置在人造地球卫 星上的导航系统。由于卫星离地高度很高， 其辐射的无线电波覆盖区域大，只要一定数 量的导航卫星，即可为全球提供不受天气/时 间变化影响的导航服务。
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GPS BlockII卫星
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机载电子设备概论[1]
性降低
机电式伺 采用具有反馈功能的自动调 信号能量放大，提高 服仪表 节小功率伺服系统仪表 指示精度和负载能力
综合指示 把功能相同或相关的指示仪 仪表 表有机地结合，形成统一指 示的综合仪表，
电子显示 60年代出现电子屏显示仪表，70年代中期又进一 仪表 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，
o 飞机通过具有三维稳定控制作用的天线向 下发射几条狭窄的电磁能量波束，以照射 地面上几个很小的面积，并由此收到从地 面反射的部分发射能量并加以处理以确定 多普勒频移。
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机载电子设备概论[1]
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多普勒导航原理
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（9）
o 1970年代，美国开始建立基于卫星的导航系 统，于1973年启动GPS（全球定位系统）计 划，于1993年建成GPS系统。
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机载电子设备概论[1]
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 ，灵敏度低，指
成本低廉
示误差大
电气仪表 传感器和指示器没有组装在 反映速度快、准确程 仪表结构复杂、
一起，以电气传输代替机械 度高、传输距离远， 部件增多、重
传动
仪表板体积缩小 量增加、可靠
机载电子设备-概论
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2020/11/20
机载电子设备概论[1]
考核方式
o 平时成绩（出勤+作业）：30%； o 期末考试：70%。
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机载电子设备概论[1]
课程目的
o 掌握航空机载电子系统与设备的组成、工作原 理及特点，以及各种机载设备的功能。
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机载电子设备概论[1]
o 机载电子设备最重要的功能之一是当驾驶员 的感官（如直接目视），因为夜间或雨、雪 和雾这些能见度不佳或为零而失去作用时， 能够为驾驶员提供数据。
o 没有先进的机载电子设备，就没有先进的飞 机，就无法实现安全、可靠、舒适、低成本 和高密度的民用飞机飞行，也无法完成现代 战争所赋予的军用飞机的使命。
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机载电子设备概论[1]
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位置 已知
位置线
位置 已知
位置线
位置 已知
位置线
位置 未知
利用无线电进行飞机定位
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（3）
o 1920年代，美国人发明无线电航向信标导航 系统，地面导航台信标用呈十字形的4条无线 电波束标定机场位置，这些波束用摩尔斯码 识别是A和N。驾驶员通过这套系统找到波束 的中心线，方法是通过耳机监听导航台的信 号并操纵飞机直到这些字母在耳机中的声音 强度相等。
敏感元件 转换装置
接收装置 指示部分
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远读式仪表基本结构原理
机载电子设备概论[1]
航空仪表基本结构
o 计算仪表的基本结构
传感器
转换接 收装置
计算设备
转换指 示部分
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机载电子设备概论[1]
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/20
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（1）
o 1910年，飞机上开始使用无线电台与地面通 信，电子设备的应用首次计入航空史册。
o 1914年，出现以陀螺仪为基础的控制系统， 它可以在没有驾驶员干预的情况下使飞机保 持平飞。
o 1918年，陀螺磁罗盘问世。
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机载电子设备概论[1]
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机载电子设备概论[1]
航空仪表发展过程
o 机械仪表阶段：传感器与指示器间的信号传 输是通过机械结构实现；优点是结构简单、 工作可靠、成本低廉；缺点是灵敏度低，指 示误差大，信号能量小；
o 电气仪表阶段：传感器与指示器间的信号传 输通过电气传输；优点是提高测量精度、仪 表的反应速度和传输距离等；缺点结构复杂、 重量增加、可靠性降低。
o 雷达在第二次世界大战中发挥了重要作用。 另一项共生技术，即信号处理，也随之得 到发展，由于雷达原始回波中包含大量有 潜在价值的信息。
o 并引发反雷达技术（如隐形飞机）的出现， 即电子对抗。
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机载电子设备概论[1]
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空中监视雷达
机载电子设备概论[1]
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机载电子设备概论[1]
加速度计
方位环轴
陀螺 横滚环轴
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俯仰环轴
基座
平台惯导系统的组件
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（8）
o 与惯性导航几乎同时发展起来的另一种自 主导航设备（不依赖地面助航设备而独立 工作）是多普勒导航系统。这是一种通过 测量地速及偏航角实现导航的系统。
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机载电子设备概论[1]
航空仪表发展过程
o 机电式伺服仪表阶段：采用具有反馈功能的 自动调节小功率伺服系统仪表，提高仪表的 灵敏度和精度，有利于仪表的综合化和自动 化；
o 综合指示仪表阶段：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，已成为发展趋势；
o 电子显示仪表阶段：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，初步实现人 机对话。
o 自动驾驶仪向驾驶员提供现在“发生了什 么”以及“怎样去做”。根据选定的工作 方式，自动计算操纵指令，指引驾驶员操 纵飞机，使飞机进入给定轨迹并保持。
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机载电子设备概论[1]
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自动驾驶显示
机载电子设备概论[1]
机载电子设备发展回顾（5）
o 同期，英国人基于电磁波传送出去遇到障 碍向回反射的物理现象发明雷达。Radar = radio detecting and ranging（无线 电探测及测距）
o 计算仪表：指飞机上的一些导航或系统性能 方面的计算仪表，其特点是通过一个或几个 参数计算判断方能得到参数；
o 调节仪表：是指机上属于仪表专业人员维护 范围的一些自动化控制系统设备。
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机载电子设备概论[1]
航空仪表基本结构
o 测量仪表的基本结构
敏感元件
中间环节
指示部分
直读式仪表基本结构原理
o 机载电子设备主要可分为航空仪表、航空无 线电系统两大部份。
航空仪表：测量（或计算）飞机在飞行状态 下的飞行参数以及发动机和其它设备的工作 状态参数的设备。
航空无线电系统：用以飞机通讯和无线电导 航的无线电电子设备。
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机载电子设备概论[1]
航空仪表作用
o 为飞行员提供驾驶飞机用的各种目视数据； o 为机载导航设备提供有关的导航输入数据； o 为机载记录设备提供有关的记录数据； o 为自动飞行控制系统提供有关的数据。