航空电子系统技术发展趋势

航空电子系统技术发展趋势

众所周知，作战飞机需要三大技术做为支柱，那就是机载武器系统、飞行系统与航空电子系统。这三大系统之中，航空电子系统是操纵另外两大系统核心组成部分，没有航空电子系统的操纵指挥，另外两大系统也就形同虚设了。笔者以服务军方多年的实践经验浅淡我国的航空事业中的电子系统的技术发展趋势，以供有关技术部门用以参考。

标签：航空电子；航电；系统技术

引言

无论是做战飞机还是民用飞机，其航空电子系统的成本都已经占到了总成本的百分之三十至百分之四十，并且还有逐年扩大的趋势，由此可见，航空电子系统对于一架飞机的重要性。更为重要的是航空电子系统的先进与否已经成为衡量现代飞机的先进性的极为重要的标志之一。西方发达国家不惜巨资投入大规模开展航空电子系统的研发，就是要进一步加强航空电子系统的先进性。做为具有国际视野的航空电子系统工作人员，我们应该看到目前航空电子系统正朝着综合化、模块化、智能化的方向不断地向前飞速发展。

1 电子系统PHM的支撑技术

PHM（aircraft systems diagnostics，Prognostics and Health Managem，即电子系统的预测与健康管理技术）也就是说PHM就是航空电子系统的综合故障管理系统，其主要功能也是其重要性就是故障的早期预测、预警。

1.1 故障诊断技术

提到故障诊断技术，熟悉电脑的人恐怕首先会想起微软的故障诊断技术，微软的故障诊断技术在电脑出现异常时就会时常自动出现，但是却基本上帮不了用户什么忙。但是，与一无是处的微软的所谓的“故障诊断技术”截然不同的是，在航空电子系统中，PHM则是一项非常有效的保障飞行安全的技术。故障诊断技术在显示屏显示、语音提示、体感提示等多种提示提醒技术支撑下通过安装于机电设备不同部位的传感器对整个系统的状态进行实时监测，并与其他相关信息参照，比如某一部件的平均故障时间信息、某一部件的更换维修时间与频率信息等。在实时参照与状态实时监测的基础上进行科学评估，并将评估结果反馈到显示屏、头盔、体感装置上以提醒飞行员对这些信息加以注意。故障诊断技术通常使用解析模型等数学方法融合经验知识法与基于信号的综合处理法对设备的状态进行分析，并抽象出诸出频率、幅值、离散系统、相关曲线、方差等分析结果。对飞行器的早期可能故障加以诊断。

1.2 故障预测技术

故障预测技术是PHM中的最重要的技术之一，也是最有用的技术之一，因为这种技术可以在飞行器出现危险之前进行预报，这对于飞行员及时采取紧急措施，提供了有利的时机，这种技术在实践中已经挽救了数以千计的飞行器和飞行员的生命。这种故障预测技术的有效性是基于长期对于飞行器中的所有部件的历史经验信息与质量变化趋势的总结。在此基础上针对系统检测结果，对设备实时的状态参数加以评估，一旦评估结果较为严重则实时地通过显示、声音、体感等手段通知飞行员，以便飞行员第一时间作出快速反应。目前较为先进的PHM系统中所使用的预测方法主要有相关分析预测法、回归分析预测法、灰色预测法、滤波预测法等。回归分析预测法、相关分析预测法等预测方法由于需要精确的数据以及数据模型，因此也可称之为参数预测法或科学预测法。而粗糙集预测法、组合预测法、神经元网络预测法等则被称之为非参数预测法。目前几乎所有的先进的飞行器都采用综合预测法，即综合上述各种方法的预测结果。PHM系统是集预测技术之大成的系统，是目前几乎所有军用与非军用飞行器中必备的航空电子系统（小型飞行器除外）。PHM系统的智能化程度较高，对于参数较多，已经检测出较多参数的故障预测，PHM会优先使用参数预测法对其进行评估，然后会使用其他预测方法对评估方法加以验证与比对，经过智能的分析与判断，最终给飞行员一个最接近事实的評估结果。

2 新的控制技术

2.1 语音控制技术

语音控制技术是近些年应用于飞机座舱中的技术，其基本原理是通过机器对飞行员语音命令进行识别，转换成操控命令，实现导航、通信等功能。语音识别可使飞行员在保持双手不离杆或保持平视时，使用话音作为画面切换、数字输入的设备，降低了飞行员的操作压力。国外对语音识别控制在航电中应用已有三十多年的研究经验。从最开始的针对特定人的孤立词语音识别系统，发展到不针对特定人的连续语音识别系统，在民用飞机、战斗机、直升机都进行了飞行验证，已经成功装备了作战飞机。目前，欧洲研制的台风战斗机上装备了语音控制设备，称为直接语音输入设备DVI。该设备是基于特定人的连续语音识别系统，响应时间约为200毫秒，识别率超过95%。该设备支持用语音控制的26个非关键系统。美国正在研制的F-35上也装备了语音识别软件，实现对座舱与航电部份功能的操控，已在6G的过载环境和120 db的噪音环境下进行了飞行试验。然而，语音识别技术有其技术弱点。

首先，语音识别技术还没有做到自然人识别语音的程度，识别率有限，不能实现100%识别语音命令。其次，语音识别技术在环境噪声、高过载下飞行员的发音变化等原因的影响下，识别率会大大下降。根据国外研究表明，当语音识别的识别率下降到95%以下时，一些飞行员就不愿意再使用该输入设备。在目前的航电系统应用中对语音控制技术做了一些限制，即语音控制设备在飞机中只作为辅助控制设备，必要时可用其他控制设备取代；语音识别系统需要有控制键，控制系统是否工作，控制键在操纵杆等设备上，确保操作者的双手不需要离开正在操控的输入设备；语音识别错误造成的结果不能有严重后果，语音识别系统控制的不能是关键任务；语音识别应有及时反馈，使操作者能确认自己的话音是否被

识别，识别是否正确已经输入。

2.2 手势控制技术

手势是一种与用户交互习惯相适应的人机交互手段。手势识别控制是通过传感器将人的手势输入到设备中，并对其进行处理，实现控制命令输出的一种方式。目前手势识别主要分为基于数据手套和基于计算机视觉两类。基于数据手套的手势输入是根据戴在人手上的装备有跟踪器和传感器的数据手套，测量手在空间的方位、运动轨迹和手指弯曲程度获得手在空间的三维信息。基于计算机视觉的手势识别是通过摄像头等视觉采集设备捕捉手势图像，再利用计算机视觉处理技术对图像进行分析，提取手势图像特征。基于数据手套的手势控制系统主要用于虚拟现实系统中，实现人与虚拟现实系统的交互。基于计算机视觉的手势识别系统主要用于手语识别。

3 结束语

目前，我国航空电子系统面临的挑战使我们进一步认识到自主创新的重要性，只有通过自主创新，坚持不懈地开展开放式标准的研究，借鉴国外标准研究的成果，才能提高标准的科技含量和水平，才能在我国现有国力的基础上不受制于人地构建自己的开放式航空电子系统标准体系，不断推动航空产业结构优化和升级，从而为国防安全提供保障。

参考文献

[1]陈鼎鼎.数字化战场的中枢系统-新型数据链[J].通信电子战，2010，（1）.

[2]李子富.未来战术通信电台的发展[J].通信电子战，2010，（1）.

[3]徐艳国.国外红外探测器装备现状及发展趋势[J].电子工程信息，2010，（2）.

[4]张宝珍，曾天翔.先进的故障预测与状态管理技术[J].测控技术，2003，22，（11）.