航空電子系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢研究

摘 要：隨著航空電子系統(tǒng)技術的復雜化和精細化，航空電子系統(tǒng)和設備的整體性能不斷提高和完善，航空電子系統(tǒng)技術成為飛機技術發(fā)展中最為迅速的領域。本文分析了航空電子系統(tǒng)結構的發(fā)展歷程，對航空電子系統(tǒng)技術的發(fā)展趨勢進行了主要的探討。

關鍵詞：航空電子系統(tǒng)技術；系統(tǒng)結構；發(fā)展歷程；發(fā)展趨勢

1 航空電子系統(tǒng)結構的發(fā)展歷程

航空電子系統(tǒng)走過了漫長的發(fā)展道路，至今已經(jīng)歷了四代，每一代系統(tǒng)結構的不斷演變，都進一步推動航空電子技術的發(fā)展，成為劃時代的主要依據(jù)。

第一代航空電子系統(tǒng)以分立式結構為主，每個系統(tǒng)均由獨立的子系統(tǒng)組成，雷達、通信、導航各自配有專用的傳感器、處理器和顯示器，并以點對點的連線方式進行連接。

第二代航空電子系統(tǒng)以聯(lián)合式結構為主，它通過總線將大多數(shù)航空電子分系統(tǒng)交聯(lián)起來，以實現(xiàn)信息的統(tǒng)一調(diào)度。同時在信息鏈路的控制顯示環(huán)節(jié)通常會借助幾個數(shù)據(jù)處理器來實現(xiàn)低帶寬的數(shù)據(jù)傳輸交換功能的轉(zhuǎn)換。

第三代航空電子系統(tǒng)以綜合式結構為主，其系統(tǒng)共用的綜合處理機以外場可更換模塊的形式安裝在兩個或兩個以上的綜合機架上，各模塊在結構和功能上是相對獨立的單元，通過PI總線和TM總線進行互聯(lián)，網(wǎng)關和光纖高速總線進行交聯(lián)。綜合式航空電子系統(tǒng)的CIP將各種計算、調(diào)度、管理等任務綜合起來，并動態(tài)地分配給外場可更換模塊，當某個模塊出現(xiàn)故障時，可通過調(diào)用備用模塊的方式，或通過對現(xiàn)存完好無損的模塊進行重新組合的方式來替代故障模塊，以實現(xiàn)系統(tǒng)的重構和容錯，降低系統(tǒng)的維修成本，提高系統(tǒng)的性能。

第四代航空電子系統(tǒng)以高度先進的綜合航空電子結構為主，其最大特點是在綜合航空電子系統(tǒng)結構的基礎上采用了統(tǒng)一的航空電子網(wǎng)絡，并出現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)的綜合。該航空電子系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡以光開關陣列模塊作為傳輸樞紐，通過光母板和機架間光纖交聯(lián)到同一綜合機架的各模塊中，這樣既能使任務管理區(qū)、傳感器管理區(qū)、飛機管理區(qū)得以連接起來，又能使不同物理位置的模塊間的信息傳輸時間達到一致。傳感器系統(tǒng)的綜合以實現(xiàn)天線孔徑的綜合為目標，射頻經(jīng)開關陣列網(wǎng)絡連接到變頻器上，再通過變頻器將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的中頻，接著通過中頻交換網(wǎng)絡由接收器、預處理器模塊進行處理，最后通過統(tǒng)一的航空電子網(wǎng)絡連接到綜合核心處理機（CIP），在CIP中使用標準的共用模塊進行信號和數(shù)據(jù)的處理，這樣既能保證信息傳輸?shù)陌踩裕帜芴岣呦到y(tǒng)的容錯和重構能力，增強系統(tǒng)的整體性能。

2 航空電子系統(tǒng)技術的發(fā)展趨勢

2.1 先進的傳感器技術

隨著科學技術的不斷進步，作為航空電子系統(tǒng)中重要組成部件的傳感器，將會實現(xiàn)功能的多樣性，高精度以及低截獲率，因此可以說綜合射頻傳感器將會是航空電子系統(tǒng)技術發(fā)展的重要領域之一。

2.1.1 雷達技術。雷達技術是使雷達探測距離和精確度得以提高的驅(qū)動力，而有源相控陣體雷達技術作為新研發(fā)的一種雷達技術，目前在我國航空電子系統(tǒng)中已得到開始裝配使用，該雷達技術雷橫截面積小、掃描速度快，功能強大、低攔截率、相信未來的應用范圍將會更為廣闊。

2.1.2 數(shù)據(jù)融合技術。數(shù)據(jù)融合技術是傳感器數(shù)據(jù)處理技術中的關鍵技術，它通過對多種信息資源進行檢測、互連、組合、估計以及多層次、多界面的信息處理，以達到獲取精確的屬性狀態(tài)估計和識別完整的實時態(tài)勢評估和威脅評估方法的目的。通過傳感器的數(shù)據(jù)融合技術既可以獲取更多豐富、高精確、高質(zhì)量的有用信息，又可以提高系統(tǒng)的檢測概率，增強空間分辨力，改善系統(tǒng)可靠性，同時還可以擴大時空覆蓋范圍，增加數(shù)據(jù)的置信度。由于數(shù)據(jù)融合技術以數(shù)據(jù)融合算法為核心，因此要在航空電子系統(tǒng)中將它的功能模型工程化，還必須不斷完善傳感器管理、數(shù)據(jù)庫管理、人機接口和通信軟件等各種輔助功能，以推進數(shù)據(jù)融合技術向多平臺、多傳感器、智能化的方向發(fā)展。

2.2 系統(tǒng)軟件技術的開發(fā)

系統(tǒng)軟件是航空電子系統(tǒng)的重要構成環(huán)節(jié)，只有通過系統(tǒng)軟件的管理、調(diào)度和控制，航空電子系統(tǒng)中的各設備和模塊才能真正地構成一個統(tǒng)一的整體，因此，可以說系統(tǒng)軟件技術是航空電子系統(tǒng)的基礎和核心，系統(tǒng)軟件技術的開發(fā)對于航空電子系統(tǒng)有著十分重要的作用。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展以及航空電子系統(tǒng)結構的發(fā)展和任務功能的增長，航空電子技術的集成化和系統(tǒng)軟件的比重正在逐步上升。目前，航空電子系統(tǒng)已逐漸從電子機械密集型向軟件密集型過渡，因此對系統(tǒng)軟件的需求量也越來越大，這也是航空電子系統(tǒng)成本不斷增大的主要原因。

航空電子系統(tǒng)技術的推廣應用主要通過主處理器將飛機內(nèi)部的各個電控器產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)收集在一起，經(jīng)過深入地分析、整合、運轉(zhuǎn)，再重新分配到各個子系統(tǒng)中，進而為航空電子系統(tǒng)技術提供準確有效、安全可靠的數(shù)據(jù)支持和服務，實現(xiàn)對飛機不同性能的有效控制。航空電子系統(tǒng)技術軟件的開發(fā)是個工程化的過程，傳統(tǒng)的瀑布式軟件開發(fā)模型已難以滿足要求，今后將會被螺旋式軟件開發(fā)模型所替代。在螺旋式軟件開發(fā)模型下，各階段的開發(fā)工作都是螺旋式循環(huán)進行的，如在初步設計階段可以返回來對系統(tǒng)軟件要求進行局部的修改，直到符合要求為止。在軟件模塊化的環(huán)境中，通過應用程序接口來完成各種應用程序與操作系統(tǒng)接口任務，并進行相互之間的調(diào)用和支援，以解決系統(tǒng)軟件的可移植性或重用問題。

2.3 故障診斷技術和故障預測技術

就現(xiàn)階段我國航空電子系統(tǒng)的發(fā)展狀況來看，我國航空電子系統(tǒng)技術安全風險監(jiān)測分析機制不夠健全，致使航空電子系統(tǒng)的可靠性不夠高，因此，為了確保我國航空電子系統(tǒng)技術的安全性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、可靠性，必須利用故障診斷技術和故障預測技術建立更加標準化的監(jiān)測體系和風險評價數(shù)據(jù)模型，加強航空電子系統(tǒng)的安全風險監(jiān)測。

故障診斷技術主要通過傳感器來探測系統(tǒng)狀態(tài)特征參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)的歷史維修數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的實時健康狀況和安全風險程度進行監(jiān)測評估，進而達到故障診斷和安全風險監(jiān)控的目的。故障診斷技術主要包括基于解析模型和信號處理兩種方法?；诮馕瞿Ｐ偷姆椒ㄊ窃诹私庠\斷對象數(shù)學模型的基礎上，采用一定的數(shù)學方法對被測信息數(shù)據(jù)進行處理診斷?；谛盘柼幚矸椒ㄖ饕ㄟ^信號模型來分析可測信號，如根據(jù)信號頻率、幅值等特征值實現(xiàn)系統(tǒng)的故障診斷。

故障預測技術主要根據(jù)系統(tǒng)的相關歷史數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，并結合當前系統(tǒng)設備的狀態(tài)參數(shù)、工作條件、使用情況等，建立數(shù)據(jù)模型，預測系統(tǒng)設備的未來參數(shù)狀態(tài)，再根據(jù)所預測的參數(shù)狀態(tài)進行診斷，進而推斷系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)。

2.4 高速多路傳輸總線技術

高速多路傳輸總線技術是航空電子系統(tǒng)技術發(fā)展中一項的關鍵技術。新一代航空電子系統(tǒng)的實現(xiàn)主要取決于通用的數(shù)據(jù)傳輸機制，同時要求數(shù)據(jù)傳輸總線具有高度的分布式處理能力、較高的吞吐率、具有各種抗干擾能力，以增強航空電子系統(tǒng)在惡劣的工作環(huán)境中的生存能力，確保系統(tǒng)的安全性。高速多路傳輸總線作為航空電子綜合系統(tǒng)的重要信息傳遞樞紐，并非采用中央控制法，而是以定向式數(shù)據(jù)分配法為主，通過多路復用原理來減少航空電子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合電纜數(shù)量，實現(xiàn)信息充分利用和融合。

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