民用航空電子系統發展及新技術研究

傅裔

摘 要：民用航空電子系統是現代民用飛機的關鍵組成部分。近年來，航空電子系統發展迅速，大量先進技術研發并應用。文章先闡述了航空電子系統的設計準則，接著分析了系統的發展趨勢，論述了新技術的研究及應用，并對今后的系統設計提出了自己的看法。

關鍵詞：民用飛機；航空電子；發展；新技術

民用航空電子系統是現代民用飛機的關鍵組成部分，它提供通信、導航、維護和人機接口等必須的功能。近年來，民用飛機的安全性、高效性、經濟性和舒適性要求的逐漸提高，航空電子系統的重要性日益凸顯。隨著相關研究持續開展，大量先進技術應用其中，航空電子系統發展迅速。

1 航空電子系統的設計準則

1.1 安全性

安全性是民用航空發展的基石，民用飛機設計始終貫穿的主線，也是航空公司和乘客最關注的因素。民航適航法規是保障民用航空器適航的最低安全標準，它對民用航空器設計、制造、試驗和運營等各個環節的行為進行規定。因此，民用航空電子系統設計必須滿足民航適航法規的要求。此外，為提高飛機的競爭力，系統在實現基本法規要求之外，還應具有更好的安全性能。

1.2 經濟性

經濟性是航空公司選用飛機時的重要標準，是系統具有應用市場的重要因素。在民用航空電子系統設計時，諸多方面均影響到經濟性的優劣。系統設計時應通過減少設備數量，降低設備尺寸、功耗和重量，減少電纜等途徑降低系統重量和功耗。通過數字化、綜合化、標準化和模塊化的方式，提高系統性能。此外，維修性也對經濟性有重要影響，有效的故障診斷和健康管理、便捷友好的維修流程能大大降低維修成本，從而提高系統經濟性。

1.3 舒適性

民用航空電子系統舒適性包括駕駛艙和客艙兩個方面。駕駛艙舒適性包括提高系統可操控性和減少駕駛員的工作負擔，主要通過提高導航、自動飛行等系統性能，提供圖像化的信息綜合顯示，合理便捷的操作程序等方面實現。客艙舒適性包括為乘客提供豐富的機上通信和娛樂設施，豐富乘坐體驗。

1.4 環保性

隨著人們對環境保護的關注，系統的環保性也愈發受到重視。降低系統重量和功耗、航線優化和推力管理改進可以減少燃油排放污染。

2 航空電子系統的發展趨勢及新技術

2.1 顯示設備多樣化

民用航空電子系統中的顯示設備從多個傳統儀表逐漸發展至多塊綜合屏顯。如今隨著平視顯示器HUD和電子飛行包EFB技術的應用，駕駛艙顯示設備不再是PFD和MFD那么單一，而是向多樣化的顯示設備發展。

HUD能將飛行狀態信息、告警信息和跑道信息投射在飛行員正前方視野范圍內的真實視景上，使飛行員更加直觀精準的操控飛機。飛行員不用再頻繁低頭查看儀表數據，增強了飛行員的情景意識，防止丟失飛行狀態。

EFB可以是固定的顯示設備，也可以是手持的顯示設備，它具有機載資料庫和機上計算機的雙重功能。飛行手冊、航圖、氣象資料等傳統紙質材料以電子形式存儲，使駕駛艙實現“無紙化”。EFB能儲存文檔、視頻等多種形式的文件資料，并具有較強的功能拓展能力。此外，EFB還具有動態信息功能。通過EFB可進行航路圖查詢及定位、重要信息提醒、與航空公司終端交互等。EFB技術的應用實現了機載資料電子化，降低了運營成本，提升了運營效率，降低了飛行員負擔，提高了飛行安全性。

2.2 顯示信息綜合化

電子儀表雖能精準的顯示飛機及地形的數據，但分散繁多的數據指標給飛行員帶來了較大的工作負荷，飛行員很容易對飛機相對于地形位置判斷錯誤或因為情景意識不足做出誤操作。將信息綜合后直觀顯示，提高人機工效是民用航空電子發展的必然趨勢。

合成目視增強系統（EVS）技術的出現和應用，使顯示更加綜合、直觀。EVS包括合成視景技術和視景增強技術兩方面。合成視景技術能將飛機投影在由數據合成的三維飛行環境里，有助于飛行員直觀的獲取地形信息和飛機相對地形的位置。視景增強技術是利用紅外和毫米波段探測地形和云霧并三維顯示，增強了飛行員的視景范圍，尤其在低能見度的情況下，大幅提高了飛機的安全性。

2.3 通信和監控方式多樣化

民用飛機的通信和監控系統與飛機運行控制和安全有密切關聯。可靠、穩定和不間斷的通信技術是民用航空電子系統發展方向。隨著通信行業的成熟，多種通信方式也引入民用航空電子系統。

衛星通信具有質量高、保密性強、干擾小、容量大、覆蓋廣和運行穩定的優點。每架飛機通過衛星通信能及時與飛行簽派、維修控制、旅客服務、應急救援等建立聯系。利用衛星通信全面解決飛機與運行中心間的陸空語音通信聯系問題，并快速提升運行控制能力。

廣播式自動相關監視（ADS-B）是利用空地、空空數據通信完成交通監視和信息傳遞的一種航行新技術。與傳統雷達系統相比，ADS-B能夠提供更加實時和準確的航空器位置等監視信息，有更好的監視能力；使用ADS-B可以增加無雷達區域的空域容量，減少有雷達區域對雷達多重覆蓋的需求；此外ADS-B可以提供交通、天氣、地形、空域限制等信息。ADS-B技術維護費用低，使用壽命長，是保障飛行安全、提高運行效率、增大空中交通流量、減少建設投資的重要技術手段。

2.4 起飛著陸性能提高

飛機起飛降落階段易受到天氣和空管系統的影響。在雨天、霧天、黑夜等低能見度情況下，由于視野范圍受限，會降低飛機起落性能和安全性。而大多數空管系統采用的是基于雷達和無線電通訊的儀表著陸系統，由于容量不足和操作復雜已不能適應激增的民航飛機數量。飛機不能按時起落，導致航班延誤頻繁，乘客與航空公司、機場產生矛盾。隨著GLS系統在美國、德國等國家部分機場投入使用，這個問題有望得到解決。全球導航衛星地基增強著陸系統GLS是一種基于衛星導航陸基增強技術的精密進近著陸系統，是近年來世界民航發展的又一項航行新技術。一套GLS設備可同時滿足26個跑道進近方向實施精密進近的運行需求，且不需要平整場地和校驗。相比于傳統儀表著陸系統（ILS），GLS具有使用成本低、場地要求低、信號穩定、運行靈活、增加機場流量等優勢。

此外，HUD和EVS技術使飛行指引更加直觀，即使在雨中或低能見度條件下，視野范圍仍較開闊，大幅提高著陸安全性。HUD和EVS技術已在我國部分民用航線飛機上安裝，其有效減少飛機接地載荷大事件，提高著陸品質，提高飛機的派遣率。

3 結束語

近年來，民用航空電子系統發展迅速，HUD、EFB、ADS-B等技術已在國內外部分機型、機場應用，對提升飛機性能和機場流量起到了顯著效果。未來，民用航空電子系統仍具有許多研究熱點，如綜合化傳感器、觸摸屏、語音控制、總線傳輸等技術。民用航空電子系統以安全性、經濟性、舒適性和環保性為設計準則，向著智能化、精確化、信息化繼續發展。

參考文獻

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作者簡介：傅 裔（1988-），女，江西省新余市人，工作單位：上海飛機設計研究院，職務：工程師，研究方向：航空電子系統。