飛行器航空電子系統(tǒng)發(fā)展及組成結(jié)構(gòu)研究

中航工業(yè)第一飛機設計研究院 錢向農(nóng) 魏學航 楊豐輝 林義光

近年來，我國政府逐漸將航空飛行器發(fā)展項目，如支線系列客機、大型系列飛機（包含干線客機、大型特種運輸機）、無人系列飛機，以及空間飛行器發(fā)展項目（載人飛船系列、衛(wèi)星系列）列為國家級重點工程。上述飛行器的航空電子系統(tǒng)[1-4]相關研究內(nèi)容同時也成為“十二五”及“十三五”國家重點科研項目。

航空電子系統(tǒng)和設備是上述飛行器和機載網(wǎng)絡的基本組成部分。航空電子系統(tǒng)利用傳感器感知并進行控制，與其他機載子系統(tǒng)或飛行器及地面控制設備進行通信。從無人飛行器到先進的戰(zhàn)斗機和運輸機，航空電子系統(tǒng)和設備擁有“飛行、導航、控制”功能，讓機組人員能夠熟練監(jiān)視和管理飛行器整個工作過程，而不是直接操縱和控制飛行器飛行。在人工飛行過程中，對于現(xiàn)代電傳座艙，使用電信號而不是機械連接傳動信號進行控制；而對于無人駕駛的空間飛行器，通過航空電子系統(tǒng)進行遠程監(jiān)視和控制。今天，飛行器系統(tǒng)平臺的操作者通過一組嵌入式傳感器和遠程傳感器，持續(xù)監(jiān)視和控制整個系統(tǒng)。駕駛?cè)藛T通過像GPS系統(tǒng)這樣的輔助導航設備，借助于空中交通管理設備指示，能夠精確引導飛機進行飛行；工作人員則通過空中交通管理系統(tǒng)以及來自機載應答機的數(shù)據(jù)，同時結(jié)合地面?zhèn)鞲衅鳎ɡ走_設備）共同工作。無人的空間飛行器借助于地面控制設備和系統(tǒng)控制能夠連續(xù)工作，有人駕駛的空間飛行器則依賴于自動監(jiān)視功能和控制綜合功能、遠程任務控制系統(tǒng)指示以及機組人員發(fā)出操作指令，進行飛行和工作。所有的飛行器平臺都有一個共同的目標，即在比較苛刻的環(huán)境中及有限的傳感器數(shù)據(jù)條件下安全有效地執(zhí)行任務。

現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)是分布的傳感器和處理器組件形成的機載網(wǎng)絡，它們由日益復雜的軟件進行支持，這些軟件需要經(jīng)過仔細的驗證和確認。自動控制系統(tǒng)使航空電子系統(tǒng)的精度和安全性越來越高，而座艙中的自動化功能使飛行員越來越了解飛行過程。研發(fā)人員正在提高和改進機載網(wǎng)絡系統(tǒng)，這主要包括分布在機上和機下各處的信息資源，這些信息源對于完成任務起到安全和有效的保障作用。

飛行器系統(tǒng)的研制目的和任務

飛行器系統(tǒng)研制有多種用途：可以進行客運及貨運，可以從機載傳感器中收集和發(fā)布數(shù)據(jù)，進行通信或充當信息傳送平臺。

太空飛行器平臺包含了從無人飛行器、低軌道衛(wèi)星到上百噸載人和運貨的大型運輸平臺；飛機種類有固定翼飛機、直升旋翼以及小型無人飛機；太空飛行器包括從以太陽能為動力的地球軌道飛行器，到載人探測器、登陸車和飛船等種類。

民用飛機領域主要是客機和貨機。安全、成本與效率是這些機型考慮的主要因素。民機飛行空域越來越繁忙，安全與高效飛行促使研究人員研發(fā)三余度的飛行管理系統(tǒng)[2]，它能夠精確地導航、引導和控制飛機。下一代空中運輸系統(tǒng)主要依賴于高性能的網(wǎng)絡系統(tǒng)提供的信息，該系統(tǒng)組成可以提供實時的交通信息和氣象信息，飛行器和地面站可以共享以上信息，從而提高了安全性分析和支持高密度空域飛行的能力。民機航空電子系統(tǒng)目前主要采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[5]，由各種傳感器和控制器根據(jù)需求組成各種機載網(wǎng)絡。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了重量，提高了效率，改進了解決問題的方式。另外，還有一些通用航空和醫(yī)療、法律及交通監(jiān)視專用的飛機，由于成本和重量等因素，其航空電子系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)方面受到限制。無人飛機系統(tǒng)在軍事領域不斷擴大，但在民用領域按照規(guī)章制度需要登記和檢查，航空電子系統(tǒng)組成也受到一些規(guī)定限制。

隨著人類對太空領域的不斷探索，衛(wèi)星技術快速成長。通信衛(wèi)星可以完成實時多媒體傳輸，將信息傳給廣大觀眾；基于衛(wèi)星的系統(tǒng)，例如GPS系統(tǒng)，增強了精確定位能力；天文學家、氣象學家、地理學家和氣候?qū)W家等則可以從地球軌道和外太空搜集大量的數(shù)據(jù)。但是，由于太空飛行器研制和發(fā)射成本高、工作環(huán)境特殊（需抵抗各種輻射和熱環(huán)境）、在太空維修困難，因此，低成本和高可靠性是系統(tǒng)設計和研發(fā)考慮的主要因素，這要求它的航空電子系統(tǒng)必須是“健壯”和可靠的。此外，載人太空飛行器還要考慮系統(tǒng)的余度，以減少宇航員面臨的各種風險。

飛行器航空電子系統(tǒng)演變過程

隨著電子和計算機技術的不斷進步，航空飛行器和太空飛行器的電子系統(tǒng)正在不斷演變。

1 航空飛行器系統(tǒng)[6]

最早的動力飛行器只有很少的幾項航空電子設備，如最早的懷特飛機上只配備了碼表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速計數(shù)器以及風力計。二戰(zhàn)后，飛機上又有了氣壓高度表和空速表、指示磁航向的羅盤以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速表與溫度指示器（見圖1）。

圖1 “駱駝”型飛機座艙布置

到二戰(zhàn)前夕，像DC-3飛機裝備了更昂貴的儀表板（見圖2），包括空速指示器、高度計、垂直速度指示設備（VSI）、陀螺方向儀、轉(zhuǎn)彎指示及姿態(tài)指示。

圖2 DC-3型飛機座艙航空電子設備

傳統(tǒng)的真空儀表相互之間并不共享信息，機組人員完全人工負責“航空電子系統(tǒng)信息綜合”，對飛機各系統(tǒng)提供的實時飛機狀態(tài)（位置、姿態(tài)、大氣環(huán)境和低速）以及設備性能進行綜合理解后，依靠人工轉(zhuǎn)換各儀表中的指示信息。目前，航空電子系統(tǒng)根據(jù)高層次的飛行計劃管理，以及通過飛行控制、導航、發(fā)動機和燃油管理，結(jié)合空中交通管制，能夠綜合管理各種任務。雖然現(xiàn)代數(shù)字航空電子系統(tǒng)已經(jīng)使座艙功能發(fā)生了革命性的改進，但飛行座艙某些功能區(qū)域，尤其是通用航空，仍然依靠基本儀表進行飛行。事實上，飛機最初配備的是真空儀表，現(xiàn)在已升級到數(shù)字航空電子系統(tǒng)，后者作為前者的補充手段出現(xiàn)，但并不完全代替原始儀表的作用。交通管制技術越來越成熟，已經(jīng)從目視交通管制飛行以及機場塔臺交通管制飛行，發(fā)展到基于雷達的數(shù)字化飛行導引飛行，管理人員可以監(jiān)視所有飛機實時的飛行軌跡（見圖3）。

圖3 目視空中交通管制工作過程

二戰(zhàn)以后，飛機飛行變得越來越快和容易操縱，并得到先進的監(jiān)視、導航和自動飛行系統(tǒng)的支持。地面無線電導航臺站網(wǎng)絡建立后，能夠支持飛機全天候飛行。自動方位確定設備（ADF）——最早建立的無線電信標系統(tǒng)，能夠使飛行員識別相對于無向信標的方位。通過識別兩個或更多的無線電信號，飛行員可以通過三角測量原理大致確定飛機位置。VHF（甚高頻）全向信標設備（VOR）改進了ADF設備功能，可以對方位信息進行編碼，并傳給無線電臺站。VOR設備結(jié)合距離測量設備DME，可以提供方位和距離信息，確定相對于單個臺站的二維位置。配備儀表著陸進近設備ILS的機場可以提供精確方位和下滑信號，引導飛機進行標準的著陸進近過程。機場跑道區(qū)域的導航臺站網(wǎng)絡可以幫助飛行員和空管人員進行導航和航路管理。羅蘭系統(tǒng)（LORAN）開發(fā)后，可以提供遠距離低頻導航信號，用于飛行和海上導航。自從出現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)后，例如全球定位系統(tǒng)GPS，羅蘭系統(tǒng)已經(jīng)終止使用。最近出現(xiàn)的WAAS廣域增強系統(tǒng)，正在成為標準的精密導航系統(tǒng)。雖然由于GPS設備的使用，VOR和NDB設備在導航方面的作用逐漸降低，但ILS設備作為GPS系統(tǒng)的備用設備，仍然在精密進近方面發(fā)揮作用。

自動飛行系統(tǒng)在一戰(zhàn)后首次使用，它通過陀螺儀獨立、穩(wěn)定地控制飛機傾斜角和俯仰角。二戰(zhàn)以后，自動飛行系統(tǒng)逐漸成熟，同時協(xié)同處理多個導航信號，允許飛機自動保持水平飛行，按照指定的爬升率、磁航向，或沿著指定的方位朝向/背向無線電臺站飛行。在20世紀六七十年代，數(shù)字航空電子系統(tǒng)集成在先進的運輸機和軍用飛機中。今天根據(jù)數(shù)字航空電子系統(tǒng)研發(fā)的飛行管理系統(tǒng)是自動飛行系統(tǒng)技術的延伸，能夠快速和精確引導飛機按照從起飛到著陸的全過程飛行。在機載網(wǎng)絡中，多個信號可以共享，利用網(wǎng)絡它們從單個設備傳遞到整個座艙系統(tǒng)（見圖4），能夠顯示大部分有價值的信息。各種不斷發(fā)展的先進傳感器和通信技術可以提供氣象信息，提高了飛行效率和安全度。所有安全度要求很高的航空電子設備硬件和軟件必須根據(jù)美國RTCS/DO-178B標準進行認證，在國際上也有其他類似的標準。

圖4 “塞斯納”型飛機座艙航空電子設備

2 太空飛行器系統(tǒng)[6]

太空飛行器使用的航空電子系統(tǒng)同樣是復雜的，這是因為飛行器系統(tǒng)組成很復雜，同時使用的環(huán)境更加復雜。太空飛行器系統(tǒng)包含多個組成部分，每個系統(tǒng)都含有自己的航空電子子系統(tǒng)，例如發(fā)射器系統(tǒng)、基本運載系統(tǒng)（衛(wèi)星）、1個或多個二級運載系統(tǒng)（探測車、探測器）。對于載人的太空飛行器，宇航服具有自身的電子系統(tǒng)與傳感器系統(tǒng)；同時，除了運載系統(tǒng)和飛行器輔助系統(tǒng)之外，根據(jù)機組人員使用和人機接口系統(tǒng)的需要，太空飛行器整個系統(tǒng)組成是不斷擴充和增加的。雖然載人航天飛行已經(jīng)得到廣泛關注，但是大多數(shù)太空飛行器系統(tǒng)還是無人的，包含的技術有系統(tǒng)新技術驗證、地球軌道通信與監(jiān)視技術、太空衛(wèi)星系統(tǒng)應用技術、行星衛(wèi)星軌道控制技術、行星表面探測技術等。

太空飛行器航空電子系統(tǒng)具有相同的基本功能。發(fā)射器必須將運載系統(tǒng)發(fā)射到指定軌道上，包括推進器激活和分離；如果發(fā)射器不能預期工作，任務就必須終止。一旦發(fā)射太空飛行器后，必須控制它的運動軌跡，保持與地面控制設備的通信，并管理機載系統(tǒng)（包括運載系統(tǒng)和動力系統(tǒng)）。其中，無人太空飛行器必須能夠開始和保持與地面站之間的聯(lián)絡，支持各種工作和狀態(tài)，下傳信息，更新指令和軟件信息；載人的飛行器必須保障宇航員生活，以及提供與無人飛行器相似的其他系統(tǒng)。一方面，雖然今天太空飛行器電子系統(tǒng)組成和早期平臺上的電子系統(tǒng)基本類似，但因為技術不斷提高，可以處理大量的數(shù)據(jù)、進行通信和完成各種任務，同時硬件體積和重量在不斷縮小。在個人計算機出現(xiàn)之前，空間飛行器飛行由大而重的計算機進行控制，如圖5和圖6所示。除了大尺寸之外，存儲器容量也很低。今天飛行器使用的機載軟件的指令數(shù)量大大減少，但能夠成功地管理各種任務。另一方面，空間飛行器機載軟件[7-8]規(guī)模在迅速增加，如源代碼行數(shù)從1968年太空飛行器使用的1000行增加到21世紀的百萬行。地球人造衛(wèi)星目前可以管理通信和導航網(wǎng)絡，處理大量的數(shù)據(jù)信息，這在早期設計人員看來難以想象。盡管太空飛行器技術在不斷進步，但是航空電子系統(tǒng)需要面對并處理光和熱環(huán)境及各種輻射引起的諸多問題。

圖5 Gemini型和Saturn型傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)

圖6 “女神”探測器及航空電子系統(tǒng)

現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)

航空和太空飛行器電子系統(tǒng)經(jīng)歷了不斷發(fā)展的過程，從最早的模擬電子設備、早期的計算設備演變到當前高度集成的傳感器、處理器、控制器及通信設備系統(tǒng)構(gòu)型。為了突出說明航空和太空飛行器電子系統(tǒng)具有的共同特點，本研究概括論述通用系統(tǒng)平臺中包含的通用組成，并討論其中的相似點和不同點；之后詳細討論了航空飛行器和太空飛行器電子系統(tǒng)的功能。

1 航空電子系統(tǒng)一般組成[9]

今天，所有的航空飛行器和太空飛行器航空電子系統(tǒng)都共享一套通用的基本航空電子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)。如圖7所示，在中央位置具有1個或多個處理器，收集、處理和發(fā)布數(shù)據(jù)。一些數(shù)據(jù)完成本地存儲，其他數(shù)據(jù)通過無線設備傳輸給地面，以及通過顯示設備顯示給飛行員。飛行器運載系統(tǒng)可以包含單獨的航空電子系統(tǒng)，如無人機擁有的照相系統(tǒng)。飛行器處理器可以選擇備用方式直接控制運載系統(tǒng)，如衛(wèi)星系統(tǒng)帶有的圖像和通信系統(tǒng)。

圖7 飛行器航空電子設備組成

處理設備包含嵌入式微處理器、數(shù)字信號處理器（DSP）、可編程邏輯陣列單元（PAL）以及含有實時操作系統(tǒng)（RTOS）[8]的處理器，通過此操作系統(tǒng)，可以進行人工編程。小型無人飛機系統(tǒng)可以通過使用含有微處理器的自動駕駛儀進行飛行，而大型運輸機包含復雜的微處理器網(wǎng)絡系統(tǒng)，處理器可以監(jiān)控和綜合管理所有的飛行器子系統(tǒng)。航空和太空飛行器擁有數(shù)據(jù)鏈以及導航無線電發(fā)射和接收設備，有人駕駛的飛機和太空飛行器也使用聲音通信設備。飛機和太空飛行器均有一組顯示和控制設備。當然，無人駕駛飛機和太空飛行器沒有機載人機接口，依靠來自遠程工作站提供的數(shù)據(jù)顯示和控制信息。

2 航空飛行器航空電子系統(tǒng)

數(shù)字航空電子系統(tǒng)裝備航空飛行器后，系統(tǒng)組成范圍包含從單一的自動飛行系統(tǒng)到完整的飛行管理系統(tǒng)。圖8說明基本子系統(tǒng)是通過單個或分布式處理器形成網(wǎng)絡集成與綜合（飛行控制計算機）。民用運輸機使用的完整飛行管理系統(tǒng)包含圖8中所有的子系統(tǒng)，而一架小型無人機可能僅僅包含基于微處理器的自動飛行系統(tǒng)，幾乎沒有對其他子系統(tǒng)的管理。

如上所述，系統(tǒng)無線電傳感器可以進行有聲通信以及接收導航信號。數(shù)據(jù)鏈設備期望能夠成為標準設備，允許飛機接收氣象和交通信息，以及對其他飛機廣播傳輸其位置和飛行數(shù)據(jù)，比如通過ADS-B協(xié)議（自動相關性廣播監(jiān)視協(xié)議）完成任務。座艙顯示方面，在玻璃座艙中使用LCD屏提供各種各樣的信息，范圍從傳統(tǒng)的速度、高度、姿態(tài)到系統(tǒng)狀態(tài)、交通和氣象。電傳控制方式已經(jīng)取代飛行員與控制設備之間的機械連接控制方式，它通過飛行控制計算機產(chǎn)生電信號，然后生成相應的控制信號傳給激勵器。電傳控制方式可以減少大量的機械連接，并增加控制輸入信號校準和使用的靈活度。慣性導航系統(tǒng)（INS）包含IMU和GPS單元，它們能夠提供全部慣性位置和姿態(tài)估計數(shù)據(jù)。大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ADS）或大氣數(shù)據(jù)慣性參考系統(tǒng)（ADIRU）可以生成風速矢量，包括風速、攻角和側(cè)滑角測量值。自動駕駛儀可以計算1條參考軌跡，遵守飛行計劃（導引指令），以及輸出指令給控制機構(gòu)和發(fā)動機，以使飛機按照軌跡飛行。機上飛行計劃制定者創(chuàng)建基于航路點的飛行計劃，并根據(jù)風速預計出時間和油量需求。飛行計劃制定者要求提供指定的目的地或航路點清單，以及航空公司提供的優(yōu)選航路，這些都可以從數(shù)據(jù)庫中檢索得到。

航空電子系統(tǒng)目前支持機載交通防撞子系統(tǒng)（TCAS），它能夠自動顯示和探測附近的交通狀況，然后按照需要建議飛行員執(zhí)行爬升/下降飛行，以避免碰撞。飛行員可以執(zhí)行、忽略或修改TCAS系統(tǒng)提出的方案，也可以遵守交通管制系統(tǒng)提出的備用方案。在當前高密度的飛行空域中，防撞技術被視為一項具有挑戰(zhàn)的技術。

如圖8所示，盡管“飛行控制計算機”處于集成狀態(tài)，但是現(xiàn)代飛行管理系統(tǒng)仍屬于高度分布的系統(tǒng)。雖然在座艙里有余度飛行控制計算機，但是具有監(jiān)視和控制作用的處理器分布于全機身。圖8中顯示了各種各樣的“管理”模塊，包括燃油、發(fā)動機、電源以及運載管理模塊。每個模塊都由各自制造商提供，機載網(wǎng)絡允許所有的處理模塊相互進行通信。除確認和驗證軟件之外，實時操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議必須是高可靠性的、標準的。機載網(wǎng)絡過去依靠傳統(tǒng)總線連接，遵守ARINC標準和1553B標準；現(xiàn)在的航空電子系統(tǒng)則依靠無線或光纖連接，達到重量最小、高度綜合化的目標。

圖8 航空飛行器航空電子系統(tǒng)組成

下面對大型航空飛行器典型航空電子系統(tǒng)加以分析[1-2]。

（1）波音787飛機航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

波音787飛機是波音757/767家族的后續(xù)機型，采用了100M位/A664協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸方式，成為此飛機的航空電子“中樞”結(jié)構(gòu)。與空客A380選擇COTS產(chǎn)品數(shù)據(jù)總線類似，波音已選擇不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用于航空電子和飛機功能系統(tǒng)綜合。

波音787系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示，主要航空電子系統(tǒng)功能和計算任務功能由兩個相同的計算資源機柜（CCR）分擔。這些機柜和飛行座艙、其余航空電子組件以及其他飛機系統(tǒng)形成接口，共同完成一系列功能，此功能與波音777飛機的信息管理系統(tǒng)（AIMS）功能相同。每個機柜包含4個通用處理模塊、網(wǎng)絡交換機和兩個光纖傳輸模塊，同時采納第三方供應商提供的應用模塊，如柯林斯公司提供的顯示處理模塊。

波音公司將多達20個遠程數(shù)據(jù)集中器（RDC）單元分布于飛機各個部分，完成模擬、離散和連續(xù)數(shù)字信號的采集功能，這些信號來自航空電子系統(tǒng)和飛機其他各系統(tǒng)的傳感器和受動器。此外，還有多達20個遠程分布式電源處理單元（RPDU），用于飛機各區(qū)域的用電負載設備。采用的方法是：在飛機各個區(qū)域分別布置傳感器、控制回路設備與電源設備。在某些條件下，單一功能LRU單元還用于某項功能，例如航空電子系統(tǒng)發(fā)電控制單元（GCU）。

波音787采用的雙余度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（CDN）使用A664協(xié)議，可以支持銅絞線和光纖接口，通信速度分別是10M/s位和100M/s位。

（2）空客A380飛機航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

A380飛機是第一架大規(guī)模采用COTS技術的民用飛機，該技術被用于航空電子系統(tǒng)和飛機其他各系統(tǒng)的綜合與集成。即使A429、CAN等航空總線同時使用的條件下，A380仍采用100M位AFDX總線作為中央通信主干網(wǎng)絡。A380飛機結(jié)構(gòu)分成幾個功能區(qū)域，并支持顯示以下：

·顯示單元： 8×彩色玻璃平板顯示設備；

· 座艙區(qū)域：綜合設備柜；

·動力區(qū)域：綜合設備柜；

·應用區(qū)域：綜合設備柜。

這些區(qū)域通過雙余度AFDX總線交換機網(wǎng)絡進行交聯(lián)，該網(wǎng)絡提供的高性能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)遍布于全飛機。

圖9 波音787航電系統(tǒng)頂層組成圖

在AFDX總線網(wǎng)絡和IMA計算模塊之間的區(qū)間包含航空電子核心組成。22個相同的輸入和輸出處理模塊（CPIOMS）提供核心計算功能，它們相當于3個MCU設備。CPIOM硬件設備總共由7個不同類型的子設備組成。

·CPIOMA：機柜（4）；

·CPIOMB：機柜（4）；

·CPIOMC：顯示和能源（2）；

·CPIOMD：顯示和能源（2）；

·CPIOME：能源，完成功能涉及電子系統(tǒng)（2）；

·CPIOMF：處理單元，完成功能涉及燃油系統(tǒng)（2）；

·CPIOMF：處理單元，完成功能涉及起落架系統(tǒng)（2）。

雖然各個CPIOM模塊細微之處有些不同，但都擁有一套相同的設計與支持工具。這些工具具有相似的組成部分，其主要差異是輸入/輸出（I/O）設置不同，這些設置因飛機子系統(tǒng)功能不同而不同。

特殊高度集成的子系統(tǒng)在核心航空電子系統(tǒng)之外工作，它們和核心航空電子系統(tǒng)形成接口。這些系統(tǒng)按功能劃分為：發(fā)電機控制單元；飛行控制系統(tǒng)；全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機控制單元（FADEC）。

這樣設計的優(yōu)點是：共用公共核心模塊，跨越幾個功能區(qū)域；標準化處理單元；共用軟件工具、標準和開發(fā)語言；不需要多個專門的LRU單元，即使一些LRU單元可以單獨工作；能夠容納和使用特殊的接口；好處遍布整個飛機；改進OEM操作手冊和航空公司后勤保障。

這些優(yōu)點使將來系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體升級更方便。A380機型的AFDX/IMA設計方法已經(jīng)被軍用運輸機A400M機型采用，并且令人信服地應用于A350XWB寬體客機機型。

（3）未來大型飛機航電系統(tǒng)解決方案。

近年來，大型飛機工程研發(fā)組織根據(jù)3個位于飛機中心區(qū)域相同的處理單元及數(shù)個分布于飛機各區(qū)域的遠程輸入/輸出單元，已經(jīng)研發(fā)了一個典型的大型飛機航電系統(tǒng)組織及管理結(jié)構(gòu)。三余度IEEE1394數(shù)據(jù)總線正在使用，如圖10所示。

未來，大型飛機的航電系統(tǒng)解決宗旨及發(fā)展方向是：將采用綜合模塊化體系結(jié)構(gòu)和開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；將綜合地面更多的功能（空管、規(guī)劃、監(jiān)視、評估等功能），智能化程度更高；所有機載系統(tǒng)適用的技術將被認為是最佳的技術選擇。

3 太空飛行器航空電子系統(tǒng)[3]

太空飛行器已經(jīng)比目前研制的航空飛行器具有集成度更高的系統(tǒng)構(gòu)型（見圖11）。在太空工作環(huán)境下，設備需要進行防光和防熱保護，這樣太空飛行器系統(tǒng)設備的布置可能會出現(xiàn)問題，處理技術也不能落后于航空飛行器。在地球上，假設計算機在基本數(shù)學計算方面不會犯錯誤。在太空，光熱輻射可能會引起“浮點運算”錯誤，稱為單位取反。當這種情況出現(xiàn)時，會造成不正確的計算結(jié)果，或改變存儲器中的數(shù)值。因此，軟件工程師在寫代碼時必須考慮這種情況。使用計算冗余方法和錯誤校驗方法可檢測出這樣的事件，以保留正確結(jié)果。

圖10 大型飛機航電系統(tǒng)管理架構(gòu)圖

圖11 太空飛行器航空電子系統(tǒng)組成

結(jié)束語

航空電子系統(tǒng)正在大大提高人們的工作能力，面對越來越復雜的任務，可以更加安全和有效地操控飛行器系統(tǒng)平臺。小規(guī)模無人系統(tǒng)能夠可靠、自動地工作，能夠被一般人員操縱；大規(guī)模系統(tǒng)造價昂貴，但是在傳感器、安全性和網(wǎng)絡方面已達到了前所未有的水平。本文總結(jié)了航空飛行器和太空飛行器的航空電子系統(tǒng)的演變過程，描述了一些方法，用以指導工作人員監(jiān)聽和監(jiān)視這些飛行器。還有一些問題，隨著航空電子系統(tǒng)不斷升級，研究人員正在逐漸解決。

隨著任務量越來越大，接收數(shù)據(jù)的容量限制、與地球作用距離限制、通信延遲等會對空間飛行器的任務執(zhí)行造成影響。以上技術帶來的挑戰(zhàn)會推動自動化技術進步，不僅對操作者有幫助，而且會推動空間飛行器平臺系統(tǒng)形成獨立的網(wǎng)絡系統(tǒng)。這樣的技術進步要求工程師和操作者不僅要理解本專業(yè)領域的基本原理，而且要理解和掌握各個系統(tǒng)之間的設計、驗證以及安全操作等知識。

[1] 金德琨.民用飛機航空電子系統(tǒng).上海：上海交通大學出版社，2010：105-110.

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