航空電子系統技術發展趨勢研究

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

關鍵詞：航空電子系統技術；系統結構；發展歷程；發展趨勢

1 航空電子系統結構的發展歷程

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

第一代航空電子系統以分立式結構為主，每個系統均由獨立的子系統組成，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以聯合式結構為主，它通過總線將大多數航空電子分系統交聯起來，以實現信息的統一調度。同時在信息鏈路的控制顯示環節通常會借助幾個數據處理器來實現低帶寬的數據傳輸交換功能的轉換。

第三代航空電子系統以綜合式結構為主，其系統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，網關和光纖高速總線進行交聯。綜合式航空電子系統的CIP將各種計算、調度、管理等任務綜合起來，并動態地分配給外場可更換模塊，當某個模塊出現故障時，可通過調用備用模塊的方式，或通過對現存完好無損的模塊進行重新組合的方式來替代故障模塊，以實現系統的重構和容錯，降低系統的維修成本，提高系統的性能。

第四代航空電子系統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結構的基礎上采用了統一的航空電子網絡，并出現了傳感器系統的綜合。該航空電子系統統一網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到同一綜合機架的各模塊中，這樣既能使任務管理區、傳感器管理區、飛機管理區得以連接起來，又能使不同物理位置的模塊間的信息傳輸時間達到一致。傳感器系統的綜合以實現天線孔徑的綜合為目標，射頻經開關陣列網絡連接到變頻器上，再通過變頻器將其轉換為統一的中頻，接著通過中頻交換網絡由接收器、預處理器模塊進行處理，最后通過統一的航空電子網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據的處理，這樣既能保證信息傳輸的安全性，又能提高系統的容錯和重構能力，增強系統的整體性能。

2 航空電子系統技術的發展趨勢

2.1 先進的傳感器技術

隨著科學技術的不斷進步，作為航空電子系統中重要組成部件的傳感器，將會實現功能的多樣性，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技術發展的重要領域之一。

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動力，而有源相控陣體雷達技術作為新研發的一種雷達技術，目前在我國航空電子系統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 數據融合技術。數據融合技術是傳感器數據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估計和識別完整的實時態勢評估和威脅評估方法的目的。通過傳感器的數據融合技術既可以獲取更多豐富、高精確、高質量的有用信息，又可以提高系統的檢測概率，增強空間分辨力，改善系統可靠性，同時還可以擴大時空覆蓋范圍，增加數據的置信度。由于數據融合技術以數據融合算法為核心，因此要在航空電子系統中將它的功能模型工程化，還必須不斷完善傳感器管理、數據庫管理、人機接口和通信軟件等各種輔助功能，以推進數據融合技術向多平臺、多傳感器、智能化的方向發展。

2.2 系統軟件技術的開發

系統軟件是航空電子系統的重要構成環節，只有通過系統軟件的管理、調度和控制，航空電子系統中的各設備和模塊才能真正地構成一個統一的整體，因此，可以說系統軟件技術是航空電子系統的基礎和核心，系統軟件技術的開發對于航空電子系統有著十分重要的作用。

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

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

就現階段我國航空電子系統的發展狀況來看，我國航空電子系統技術安全風險監測分析機制不夠健全，致使航空電子系統的可靠性不夠高，因此，為了確保我國航空電子系統技術的安全性、經濟性、穩定性、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測體系和風險評價數據模型，加強航空電子系統的安全風險監測。

故障診斷技術主要通過傳感器來探測系統狀態特征參數，并根據系統的歷史維修數據對系統的實時健康狀況和安全風險程度進行監測評估，進而達到故障診斷和安全風險監控的目的。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。基于解析模型的方法是在了解診斷對象數學模型的基礎上，采用一定的數學方法對被測信息數據進行處理診斷。基于信號處理方法主要通過信號模型來分析可測信號，如根據信號頻率、幅值等特征值實現系統的故障診斷。

故障預測技術主要根據系統的相關歷史數據和變化規律，并結合當前系統設備的狀態參數、工作條件、使用情況等，建立數據模型，預測系統設備的未來參數狀態，再根據所預測的參數狀態進行診斷，進而推斷系統未來的健康狀態。

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技術發展中一項的關鍵技術。新一代航空電子系統的實現主要取決于通用的數據傳輸機制，同時要求數據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在惡劣的工作環境中的生存能力，確保系統的安全性。高速多路傳輸總線作為航空電子綜合系統的重要信息傳遞樞紐，并非采用中央控制法，而是以定向式數據分配法為主，通過多路復用原理來減少航空電子系統內部的耦合電纜數量，實現信息充分利用和融合。

參考文獻

[1]熊華鋼，王中華.先進的航空電子綜合技術[M].北京：國防工業出版社，2009（01）.

[2]馬越.航空電子系統技術發展趨勢[J].航空制造技術，2010（18）.

[3]牛強軍.航空電子系統的發展趨勢[J].西安航空技術高等專科學校學報，2011（01）.