航电系统

航电系统发展与利用

一、随着高新技术的发展，未来的战争将是陆、海、空、天、电五维一体的全方位、大纵深、立体化战争。在这种一体化的现代化战争中，空中力量具有全球到达、速战速决、协同作战、火力强劲、生存率高等显著特点，从而决定了空中力量在夺取制空权、对地攻击、快速反应、夺取“制信息权”等方面具有独特的作用，因此，作战飞机的性能好坏将直接影响到战争的质量。而作为提高军机整体作战效能重要手段的航空电子系统必将面临更加严峻的挑战。未来战争对军用航空电子系统功能的要求愈来愈多，未来的航空电子必须具有更多的功能、更好的适应性、更高的可靠性和更强的生存能力。航空电子要达到这种要求，唯一的途径就是系统综合化技术的应用，本文讨论的重点就是航空电子系统的综合化发展过程以及实现综合化需重点关注的关键技术。

二、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。

第三代为综合化航空电子结构，以基于“宝石柱”计划的F-22为典型代表。这种结构的综合化程度进一步提高，其主要技术特征是用系统共享的综合核心处理器（ICP）来完成几乎全部的信号与数据处理，把系统综合层从显示控制推到数据信息处理。该结构的特点在于综合核心处理器综合了火控计算、导航计算和管理、座舱显示图形发生、外挂管理、系统任务的调度、系统完好情况的监视等各种计算、调度和管理任务，综合核心处理器调用各个模块在不同阶段执行不同功能。

第四代为高度综合化航空电子结构，以基于“宝石平台”的联合攻击战斗机（JSF）为代表，是为适应未来战斗机战技指标而研制的高度综合化航空电子体系结构。在射频和光电两大领域中广泛采用了模块化、外场可更换设计思想，实

现了飞机蒙皮传感器综合。射频功能的综合，得以付诸实施。许多雷达、通信、电子战功能从硬件的配置中消失，这些功能的获取完全通过软件实现。

从以上4个阶段的发展可见，航空电子系统越来越复杂，综合程度越来越高。综合已从显示器推进到数据处理，又推进到传感器系统。在这样的系统中，以多种共享的资源模块实现各种功能，再也分不出传统的各个分系统的界线。对这类系统的研究、开发、生产、采购以至于整个寿命期的支援，和以前的分立式系统结构及联合式结构相比大不相同。通过各个时期航空电子系统综合技术阶段成果在机上的应用，为载机带来：①重量及体积减小；②缓解座舱拥挤；③飞行员负荷减轻；④在一定程度上实现数据共享；⑤载机作战效能提高等明显效果。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。

三、综合化航空电子系统发展的关键技术

综合化是实现武器系统信息化、智能化的基础，没有高度综合化的电子系统，武器平台的信息化也难以得到更好的发展。航空电子系统是现代战斗机的一个重要组成部分，其性能和技术水平的高低不仅直接决定和影响着现代战斗机的作战性能，而且是衡量现代战斗机作战性能的三大要素之一。以现代信息技术为核心的综合化航空电子系统已成为提高现代武器装备战斗力的倍增器。综合化航空电子系统的实现有赖于多种关键技术的发展。

1航电系统综合设计技术的发展

航电系统综合设计技术是实现航空电子系统综合，充分发挥各种机载电子设备效能，确保战斗机综合作战能力的根本保证。航空电子系统综合的系统设计是指对航空电子系统综合结构的选择；在典型使命任务中的一个完整的飞行架次中系统操作流程的分析；硬、软件系统的功能分工；软件系统结构设计；系统性能指标的分配；子系统、设备的选用；关键技术及试验方法的全面考虑和研究等多个有序环节的完成。必须从系统的观点出发，对其组成、构造、功能、互联方法等进行综合的研究，以达到航空电子综合系统设计的最佳化。具体机种的航空电子系统综合设计工作，是根据战机的飞行使命及任务需求，对系统进行定义、分析、设计、验证、评估并反复迭代，最终使航空电子系统的功能、性能、可靠性、维修性、保障性及全寿命期费用满足任务要求。系统设计者还需跟踪发展中的航空电子系统综合的行业共性、长远性和基础性项目进行规划研究。例如，航空电子系统新概念、新结构的研究和开发，开放式系统结构和综合化、通用化、模块化系统结构等；并进行航空电子系统综合领域的新技术、关键技术研究以及综合保障及成本分析等。系统设计者还必需研究采用先进的电子技术和计算机技术改进系统设计方法和系统的仿真试验方法。通过虚拟仿真提供性能和价格适合的航空电子系统方案；通过仿真试验及早发现研制方案中存在的问题。

2 综合核心处理系统（CIP）技术

核心处理系统技术也有个明显的发展过程，在如F-16这种联合式航电系统中，它必需指定一台承担系统运行调度、控制及总线管理的系统管理部件。它是

这类系统中的核心部件。发展到F-22这种高度综合的航电综合系统后，系统中高度综合的核心处理系统是多种先进技术的汇集地，很多计算、处理、控制和管理功能都是在CIP中完成，负责实现传感器输入数据的综合处理、数据融合、任务计算、视频信息生成、导航计算、外挂管理、电子支援与防御管理、通信管理、系统控制和故障监视、检测、重构等多种功能。新一代航空电子系统的许多重要特性都体现在CIP中。在技术上它充分利用共用模块、并行处理多机系统和分布实时操作系统的结构特性，以共享核心处理资源，改善性能和可靠性，满足机载处理能力和计算能力飞速发展的要求；在信息密集条件下，满足驾驶员对战场态势了解、任务管理等操作、控制简便的要求。综合核心处理系统技术还在迅速提高与发展之中。

3. 系统软件技术

软件是构成系统的一个重要环节，特别是系统软件，只有通过它的管理、调度和控制，各设备和模块才得以构成一个真正协调的统一整体。随着航空电子系统结构的发展和任务功能的增长，系统软件的比重和开发费用正在逐步上升。软件的开发必须是个工程化的过程，各阶段的开发工作是螺旋式循环进行的，例如，在初步设计阶段可以返回来对软件要求进行局部的修改等，这样不断地循环进行，直至达到要求为止。在这种思想中，开发后支援只是基本开发周期的另一次循环。另一个重要问题是软件的可移植性或软件的重用问题。为了降低软件成本，利用已付出的巨大软件投资，尽量使用已有的成熟软件。研究的焦点是通过怎样的技术方法来达到重用的目的。在软件模块化的环境中，通过应用程序接口（API）使完成各种任务的应用程序与操作系统接口，并进行相互之间的调用和支援，是达到可移植性和重用的有力措施。

4总线技术

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：ARINC429、ARINC629、MIL-STD-1553B和高速数据总线（HSDB）等。 ARINC429是一种广泛应用于民用飞机的单向数据总线结构。MIL-STD-1553B是一种广泛应用于军用飞机的总线结构，所有传输均由中央控制器控制。1773总线是1553B

总线采用光纤作为传输介质的总线，它具有不产生电磁干扰（EMI）的特性。HSDB 开始研制于80年代初，其特点是传输速率高和实现分布式存取控制。目前，系统互连正向高速网络化发展，F-22使用了星形拓扑结构的高速光纤总线和点对点高速光纤传输及1553B总线等。JAST计划将使用以光开关为基础的统一航空电子互连网络。新型网络的应用不只是传输速度的提高，还使整个系统中各部件之间的传输达到同一个量级，使外场可更换模块在机内所处的物理位置对于处理任务不再是一个重要的影响因素，给高度的系统综合创造了条件。

5综合控制显示技术

未来战场环境瞬息万变，威胁密集，各种航空电子设备提供的信息量大、更新速度快，使得飞行员的负担增加，难以在短时间内做出相应的反应。战斗机的