航空电子系统的现状和发展前景_下_
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隐身和反隐身技术 雷达是一种 主动 形式的传感器 它的射频辐射会暴露自身的存在 从而会招致敌方的电子对抗甚至摧毁性攻击 由 于下一代飞机是以低可观测的 隐身 特性为特 征的 因此休斯公司为 B-2 战略轰炸机开发的雷 达系统使用了低截获概率 LPI 雷达技术 它采 用了发射机功率管理技术 极窄波束和极低旁瓣 技术以及频率和波形捷变技术 F-22 战斗机的雷 达也遵循了同样的设计方法 LPI 雷达技术的基 本概念是雷达严格指向被探测目标 仅仅发射探 测一个目标所需要的功率并极力缩短发射时间 从而最大限度地减小雷达在敌方探查区域内的暴 露程度 快速的频率变化和复杂的波形会进一步 降低雷达的可观测性 隐身与反隐身是同时存在 的 对立统一的两个方面 低可观测带来了对探 测系统的挑战 要求雷达提高探测灵敏性 根据 雷达工作的物理特性 如果目标飞机的雷达截面 积下降 1 个数量级 要保持雷达原有的探测距离 雷达的性能就必须上升 4 个数量级 隐身技术的 应用也不仅局限于飞机 在开发地面目标的伪装 与隐蔽技术时也开始尝试使用隐身技术 这种应 用的发展将迫使监视系统也必须提高性能 目前 在雷达的设计上采取了许多反隐身措施 比如 针对飞机隐身性能对频率的敏感性 重新启用很 久以前已经放弃了的雷达工作频段等 传感器融 合也是雷达反隐身技术中的一项重要内容
(6) 航空电子综合系统仿真技术 它是用数学 模型代替实际的系统进行实验 它模拟系统本身 以及工作环境的变化 从中取得所需的信息 这 是一种定量的分析过程的方法 仿真技术不仅无 破坏性 而且安全 允许多次重复 是一种可控 制的试验手段 它使得系统的论证 研制 测试 和评估通过仿真手段产生巨大的经济效益 航空 电子综合系统的研制可分为系统 分系统 设备 和模块四个层次 每一层次都离不开仿真试验 并且研制的全过程需要仿真试验的支持 它不仅
更换模块 LRM 的结构形式代替了传统的外场 可更换组件 LRU 的结构形式 F-22 是首先采 用这种新型的模块化的航空电子系统结构的飞 机 它的维修体制也相应地由传统的三级维修变 为二级维修 极大地改善了飞机的作战适用性 降低了飞机的后勤保障费用
(3) 标 准 化 标准化是通用化的基础 制定 标准的目的就是为了提高航空电子系统的通用性 和降低采购费用 模块化综合结构的出现为航空 电子的标准化提供了更好的条件 必将产生巨大 的经济效益 通用化的含义是在系统中最大限度 地使用相同类型的模块 军机模块通用化工作落 后于民机 70 年代 陆续出台的 1750A 标准计算 机和 1553B 数据多路总线 以及 JOVIAL 高级语 言都是美国空军在航空电子软 硬件标准化方面 的成就 进入 90 年代 军用飞机的作战性和适用 性与航空电子关系更加密切 在飞机总成本中所 占比例日益增加 一磅航空电子设备的费用超出 一磅黄金的价值 因此 寻求航空电子在不同机 种中使用的共性 建立一些通用的软 硬件标准 是促进航空电子发展极其关键的要素之一
表1
比较因素
机型
F-4
F-15 F-22
MFHBF(h)
1.0
2.6
5.0
MMH/FH
32
15
46
MCR(%) CS(次)
50
86
93
-
5.9
12
TAT(min)
-
25
18
空运要求(架)
-
18
6.2
维修人力(人)
18
16.6
8.5
(8) 日臻完善的传感器技术 相控阵雷达技术 相控阵雷达技术可以使Fra Baidu bibliotek
机载雷达具有同时多功能的特点 即一部雷达能 在同一时间内采用多种模式工作 完成多种类型 的任务 相控阵天线 高性能的 RF 收发模块
(4) 智 能 化 应用人工智能技术的航空电子 系统称为智能航空电子系统 它可以极大地减轻 飞行员的工作负荷 大幅度地提高飞机的作战效 能 目前 人工智能技术在航空电子领域的应用 主要包括以下几个方面 信息综合控制和显示 语音识别以及辅助决策的座舱自动化系统 系统 自检测自修复的诊断专家系统 图象处理和目标 特征识别的神经网络系统 电子战人工智能管理 系统 威胁判断和进攻与防御智能管理系统 智 能蒙皮等 智能航空电子是一项正在发展中的 具有无限前途的新技术
合成孔径雷达 SAR 侦察系统的设计 者们对 SAR 的优越性能和高分辨能力瞩目已久 SAR 能够提供全天候条件下的详细的地面测绘资 料和图象 这种能力对于现代侦察任务的完成是 至关重要的 目前 装备 SAR 的飞机有 U-2 和 SR-71 间谍飞机 F-15 战斗机和 F/A-18 战斗轰炸 机以及 B-2 轰炸机等 SAR 最值得推崇的是它在 全天候条件下的工作能力 它能够昼夜工作并且
(5) 数 据 传 输 总 线 类 型 及 特 性 多路传输总线 系统是航空电子综合系统的信息传递枢纽 通过 多路复用的原理 大大减少了航空电子系统内部 的耦合电缆数量 并提供了信息充分利用和融合
自动化博览
业内史册
全国信息与自动化技术推广应用大会 文集 ９ 月出版
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航空电子系统的现状和发展前景
的必要条件 目前航空电子综合系统广泛采用的 数字式数据传输总线标准有 ARINC 429 ARINC 629 MIL-STD-1553B 和高速数据总线 HSDB ARINC 429 总线是一种广泛应用于民用飞机上的 总线结构 它是一种单向数据总线 以单工的方 式进行通信 由一发送源通过若干接收器用广播 的方式发出数据/命令 最多与 20 个接收器终端 连接 信息传输率最高为 100kbps 最低为 12 14kbps 目前波音 757 767 A300/A A310/A 和 A320 等客机上均采用这种数据总线 ARINC 429 总线的缺点是速度慢 效率低 不能满足复 杂的航空电子综合系统的要求 ARINC 629 总线 是波音公司花了 5 年的时间研制的一种与 MILSTD-1553B 总线相当的民用数据总线 同 ARINC 429 总线一样是无主机的广播式数据总线 依照 载波检测/多路存取 碰撞回避 CS/MA-CA 协 议工作 ARINC 629 总线能在 MIL-STD-1553B 所用的任何一种配置方式上工作 具有更多的灵 活性 最多可与 120 个终端连接 信息传输率是 2Mbps 目前主要应用于波音 777 MIL-STD-1553B 是一种广泛应用于军用飞机上的总线结构 最多 可与 31 个终端连接 所有传输均由中央控制器严 格控制 串行传输率为 1Mbps 其优点是重量轻 费用低 性能好 具有容错能力 易扩充 维护 和测试 具有较高的作战耐损性和可靠性 目前 F-22 F-16 F-18 B-1 AV-8 和 RAH-66 等均使 用这种总线 1773 总线是 1553B 总线采用光纤作 为传输介质的总线 1773 总线具有 20Mbps 的传 输率并能提高电磁兼容 不产生电磁干扰 EMI 可用带宽较宽 HSDB 总线 80 年代初研制 并于 80 年代中期公布了 HSDB 军用标准 此总线采用 令牌传送方式 有两种结构分别是 环型令牌传 输总线和直线型令牌传输总线 特点是传输率高 达到 50 200Mbps 实现了真正的实时传输和分 布式存取控制 目前在美国 F-22 飞机和 JSF 飞机 上都将采用 HSDB 总线
仪器与测控
航空电子系统的现状和发展前景
航空电子系统的现状和发展前景 下
State and Future of Avionic System
中国航空信息中心 北京 100029 许伟武
摘要 概述了航空电子系统的现状 作用 构的演变 航空电子技术的发展前景 关键词 航空电子 飞行控制 系统结构
合化 模块化 智能化
通过机内自检提高系统的可维修性 通过资源共享实现结构的简化 通过传感器数据的融合处理 改善系统 精度和实现在电子战环境下的工作能力 (2) 模 块 化 模块化是综合化的基础 更高 程度的模块化将带来更高程度的综合化 模块化 的航空电子系统配置灵活 便于重构 维修性好 它 采 用 VHSIC Very High Speed Integrated Circuit 通用底板 光纤传输等技术 以外场可
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中国自动化黄页 免费登录 认刊赠书
自动化博览
仪器与测控
航空电子系统的现状和发展前景
高效的信号和数据处理能力 以及分布嵌入式的 处理技术都使机载雷达同时 多功能 特性达到 一个很高的水平 战斗机将从这种同时多功能的 特性中获益非浅 它使飞行员或雷达射击指挥员 在各种不同的搜索/跟踪模式下 包括上视/下视 或空中机动 或地图测绘 对目标进行扫描 并 对导航设备提供修订 目前 工程人员正在探索 各种方法使人机接口更为有效 包括如何使机组 人员以最少量的操作步骤使雷达对准目标 当技 术成熟 生产制造的效率提高到一定程度 生产 成本趋于合理后 有源相控阵天线必将取代传统 的机械扫描天线 出现在未来的飞机平台上
特点及系统结 数据总线 综
Abstract: This paper described the state, purpose, characters, system architecture and future of avionic system. Key words: avionics flight control system architecture
(7) 作 战 适 用 性 可 靠 性 维 修 性 测 试 性 和 保 障 性 军用飞机的作战能力通常由作战效能和 作战适用性来度量和评价 作战效能主要表述飞 机作战时完成任务的能力 作战适用性则用来表 示飞机在外场使用时保持适用的程度 可靠性 维修性 测试性和保障性都是作战适用性的重要 组成部分 在军用飞机发展过程中 人们往往重 视飞机的作战效能 而忽视其作战的适用性 在 越南战争 特别是海湾战争中充分表明 作战适 用性与作战效能是现代军用飞机两种互为补充的 重要使用特性 良好的作战适用性是使飞机持久 发挥高作战效能的保障 反之作战适用性差的飞 机将会严重影响其作战效能的发挥 因此 必须 从设计一开始就要充分考虑影响作战适用性的各 种因素 它与飞机的作战效能放在同等重要的位 置来对待 F-4 F-15 及 F-22 分别是第二代 第 三代和第四代的典型战斗机种 这三种飞机在作 战适用性方面的比较如表 1 所示 MFHBF 平均 故障间隔飞行小时 MMH/FH 每飞行小时维修 工时 MCR 出勤率 CS 无重大损坏的连续出 动架次 TAT 再次出动准备时间 空运要求 为部署一个中队飞机所需的 C-141B 运输机的架 数 维修人力 每架飞机所需的维修人员数量
能够穿透尘埃 烟雾 薄霭和其它的战场障碍物 这种能力是电光 E/O 传感器和光学摄影机所 不具备的 SAR 具有防区外探测能力 即可以不 直接飞越某一地区而能对该地区进行地图测绘 因此 SAR 比起电光传感器具备更远距离的工作 能力
红外/光学技术 使用了此种技术的无源 探测设备 它仅仅接收被探测目标自身向空间辐 射的红外能量就可以把它变换成反映目标特征的 实时红外图象 与雷达相比 它的最大特点是不 辐射能量 这在隐身载体和复杂电子战环境下的 应用具有很重要的优势
通过数据总线联接各个子系统 实现各 子系统之间的大量数据交换 形成以系统管理计 算机为中心的系统结构
通过平显 下显 头盔显示器进行飞机 武器 火控 电子战等各种信息的综合显示
通过双杆 驾驶杆和油门杆 控制 预 编程 综合控制板以及话音控制等装置实现人机 对话
通过系统重构和容错能力提高系统的工 作可靠性
仪器与测控
可以实时的发现问题并予以解决 而且大大缩短 了研制周期 节省了费用 据有关资料表明 俄 罗斯国家航空系统科学研究院在过去系统试验验 证过程中 80%的费用用于试飞 20%的费用用 于仿真 现在则发生了变化 80% 85%用于仿 真 15% 20%用于试飞 结果是总的系统试验 验证费用节省了 60% 75% 所用时间也大为缩 短
data bus integration modularization intelligence
4 发展中的航空电子技术
(1) 综合化 航空电子系统的综合不是各个 航空电子设备的物理组合 它是作为大系统 飞 机或防空体系 下的一个子系统而存在的 它所 有的功能和性能在设计时都应进行总体的考虑和 综合 现代化的航空电子综合系统应有如下特征
(6) 航空电子综合系统仿真技术 它是用数学 模型代替实际的系统进行实验 它模拟系统本身 以及工作环境的变化 从中取得所需的信息 这 是一种定量的分析过程的方法 仿真技术不仅无 破坏性 而且安全 允许多次重复 是一种可控 制的试验手段 它使得系统的论证 研制 测试 和评估通过仿真手段产生巨大的经济效益 航空 电子综合系统的研制可分为系统 分系统 设备 和模块四个层次 每一层次都离不开仿真试验 并且研制的全过程需要仿真试验的支持 它不仅
更换模块 LRM 的结构形式代替了传统的外场 可更换组件 LRU 的结构形式 F-22 是首先采 用这种新型的模块化的航空电子系统结构的飞 机 它的维修体制也相应地由传统的三级维修变 为二级维修 极大地改善了飞机的作战适用性 降低了飞机的后勤保障费用
(3) 标 准 化 标准化是通用化的基础 制定 标准的目的就是为了提高航空电子系统的通用性 和降低采购费用 模块化综合结构的出现为航空 电子的标准化提供了更好的条件 必将产生巨大 的经济效益 通用化的含义是在系统中最大限度 地使用相同类型的模块 军机模块通用化工作落 后于民机 70 年代 陆续出台的 1750A 标准计算 机和 1553B 数据多路总线 以及 JOVIAL 高级语 言都是美国空军在航空电子软 硬件标准化方面 的成就 进入 90 年代 军用飞机的作战性和适用 性与航空电子关系更加密切 在飞机总成本中所 占比例日益增加 一磅航空电子设备的费用超出 一磅黄金的价值 因此 寻求航空电子在不同机 种中使用的共性 建立一些通用的软 硬件标准 是促进航空电子发展极其关键的要素之一
表1
比较因素
机型
F-4
F-15 F-22
MFHBF(h)
1.0
2.6
5.0
MMH/FH
32
15
46
MCR(%) CS(次)
50
86
93
-
5.9
12
TAT(min)
-
25
18
空运要求(架)
-
18
6.2
维修人力(人)
18
16.6
8.5
(8) 日臻完善的传感器技术 相控阵雷达技术 相控阵雷达技术可以使Fra Baidu bibliotek
机载雷达具有同时多功能的特点 即一部雷达能 在同一时间内采用多种模式工作 完成多种类型 的任务 相控阵天线 高性能的 RF 收发模块
(4) 智 能 化 应用人工智能技术的航空电子 系统称为智能航空电子系统 它可以极大地减轻 飞行员的工作负荷 大幅度地提高飞机的作战效 能 目前 人工智能技术在航空电子领域的应用 主要包括以下几个方面 信息综合控制和显示 语音识别以及辅助决策的座舱自动化系统 系统 自检测自修复的诊断专家系统 图象处理和目标 特征识别的神经网络系统 电子战人工智能管理 系统 威胁判断和进攻与防御智能管理系统 智 能蒙皮等 智能航空电子是一项正在发展中的 具有无限前途的新技术
合成孔径雷达 SAR 侦察系统的设计 者们对 SAR 的优越性能和高分辨能力瞩目已久 SAR 能够提供全天候条件下的详细的地面测绘资 料和图象 这种能力对于现代侦察任务的完成是 至关重要的 目前 装备 SAR 的飞机有 U-2 和 SR-71 间谍飞机 F-15 战斗机和 F/A-18 战斗轰炸 机以及 B-2 轰炸机等 SAR 最值得推崇的是它在 全天候条件下的工作能力 它能够昼夜工作并且
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的必要条件 目前航空电子综合系统广泛采用的 数字式数据传输总线标准有 ARINC 429 ARINC 629 MIL-STD-1553B 和高速数据总线 HSDB ARINC 429 总线是一种广泛应用于民用飞机上的 总线结构 它是一种单向数据总线 以单工的方 式进行通信 由一发送源通过若干接收器用广播 的方式发出数据/命令 最多与 20 个接收器终端 连接 信息传输率最高为 100kbps 最低为 12 14kbps 目前波音 757 767 A300/A A310/A 和 A320 等客机上均采用这种数据总线 ARINC 429 总线的缺点是速度慢 效率低 不能满足复 杂的航空电子综合系统的要求 ARINC 629 总线 是波音公司花了 5 年的时间研制的一种与 MILSTD-1553B 总线相当的民用数据总线 同 ARINC 429 总线一样是无主机的广播式数据总线 依照 载波检测/多路存取 碰撞回避 CS/MA-CA 协 议工作 ARINC 629 总线能在 MIL-STD-1553B 所用的任何一种配置方式上工作 具有更多的灵 活性 最多可与 120 个终端连接 信息传输率是 2Mbps 目前主要应用于波音 777 MIL-STD-1553B 是一种广泛应用于军用飞机上的总线结构 最多 可与 31 个终端连接 所有传输均由中央控制器严 格控制 串行传输率为 1Mbps 其优点是重量轻 费用低 性能好 具有容错能力 易扩充 维护 和测试 具有较高的作战耐损性和可靠性 目前 F-22 F-16 F-18 B-1 AV-8 和 RAH-66 等均使 用这种总线 1773 总线是 1553B 总线采用光纤作 为传输介质的总线 1773 总线具有 20Mbps 的传 输率并能提高电磁兼容 不产生电磁干扰 EMI 可用带宽较宽 HSDB 总线 80 年代初研制 并于 80 年代中期公布了 HSDB 军用标准 此总线采用 令牌传送方式 有两种结构分别是 环型令牌传 输总线和直线型令牌传输总线 特点是传输率高 达到 50 200Mbps 实现了真正的实时传输和分 布式存取控制 目前在美国 F-22 飞机和 JSF 飞机 上都将采用 HSDB 总线
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摘要 概述了航空电子系统的现状 作用 构的演变 航空电子技术的发展前景 关键词 航空电子 飞行控制 系统结构
合化 模块化 智能化
通过机内自检提高系统的可维修性 通过资源共享实现结构的简化 通过传感器数据的融合处理 改善系统 精度和实现在电子战环境下的工作能力 (2) 模 块 化 模块化是综合化的基础 更高 程度的模块化将带来更高程度的综合化 模块化 的航空电子系统配置灵活 便于重构 维修性好 它 采 用 VHSIC Very High Speed Integrated Circuit 通用底板 光纤传输等技术 以外场可
20
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航空电子系统的现状和发展前景
高效的信号和数据处理能力 以及分布嵌入式的 处理技术都使机载雷达同时 多功能 特性达到 一个很高的水平 战斗机将从这种同时多功能的 特性中获益非浅 它使飞行员或雷达射击指挥员 在各种不同的搜索/跟踪模式下 包括上视/下视 或空中机动 或地图测绘 对目标进行扫描 并 对导航设备提供修订 目前 工程人员正在探索 各种方法使人机接口更为有效 包括如何使机组 人员以最少量的操作步骤使雷达对准目标 当技 术成熟 生产制造的效率提高到一定程度 生产 成本趋于合理后 有源相控阵天线必将取代传统 的机械扫描天线 出现在未来的飞机平台上
特点及系统结 数据总线 综
Abstract: This paper described the state, purpose, characters, system architecture and future of avionic system. Key words: avionics flight control system architecture
(7) 作 战 适 用 性 可 靠 性 维 修 性 测 试 性 和 保 障 性 军用飞机的作战能力通常由作战效能和 作战适用性来度量和评价 作战效能主要表述飞 机作战时完成任务的能力 作战适用性则用来表 示飞机在外场使用时保持适用的程度 可靠性 维修性 测试性和保障性都是作战适用性的重要 组成部分 在军用飞机发展过程中 人们往往重 视飞机的作战效能 而忽视其作战的适用性 在 越南战争 特别是海湾战争中充分表明 作战适 用性与作战效能是现代军用飞机两种互为补充的 重要使用特性 良好的作战适用性是使飞机持久 发挥高作战效能的保障 反之作战适用性差的飞 机将会严重影响其作战效能的发挥 因此 必须 从设计一开始就要充分考虑影响作战适用性的各 种因素 它与飞机的作战效能放在同等重要的位 置来对待 F-4 F-15 及 F-22 分别是第二代 第 三代和第四代的典型战斗机种 这三种飞机在作 战适用性方面的比较如表 1 所示 MFHBF 平均 故障间隔飞行小时 MMH/FH 每飞行小时维修 工时 MCR 出勤率 CS 无重大损坏的连续出 动架次 TAT 再次出动准备时间 空运要求 为部署一个中队飞机所需的 C-141B 运输机的架 数 维修人力 每架飞机所需的维修人员数量
能够穿透尘埃 烟雾 薄霭和其它的战场障碍物 这种能力是电光 E/O 传感器和光学摄影机所 不具备的 SAR 具有防区外探测能力 即可以不 直接飞越某一地区而能对该地区进行地图测绘 因此 SAR 比起电光传感器具备更远距离的工作 能力
红外/光学技术 使用了此种技术的无源 探测设备 它仅仅接收被探测目标自身向空间辐 射的红外能量就可以把它变换成反映目标特征的 实时红外图象 与雷达相比 它的最大特点是不 辐射能量 这在隐身载体和复杂电子战环境下的 应用具有很重要的优势
通过数据总线联接各个子系统 实现各 子系统之间的大量数据交换 形成以系统管理计 算机为中心的系统结构
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通过双杆 驾驶杆和油门杆 控制 预 编程 综合控制板以及话音控制等装置实现人机 对话
通过系统重构和容错能力提高系统的工 作可靠性
仪器与测控
可以实时的发现问题并予以解决 而且大大缩短 了研制周期 节省了费用 据有关资料表明 俄 罗斯国家航空系统科学研究院在过去系统试验验 证过程中 80%的费用用于试飞 20%的费用用 于仿真 现在则发生了变化 80% 85%用于仿 真 15% 20%用于试飞 结果是总的系统试验 验证费用节省了 60% 75% 所用时间也大为缩 短
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4 发展中的航空电子技术
(1) 综合化 航空电子系统的综合不是各个 航空电子设备的物理组合 它是作为大系统 飞 机或防空体系 下的一个子系统而存在的 它所 有的功能和性能在设计时都应进行总体的考虑和 综合 现代化的航空电子综合系统应有如下特征