航空电子系统发展及展望

吴志军+杨胜学

摘 要：本文围绕航空电子系统阐述了20世纪70年代至今航空电子发展的几个阶段，针对影响航空电子发展的几个因素，展开讨论，并分析航空电子综合发展趋势。

关键词：航空电子 模块化 机载网络 综合航电

中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0033-02

飞机上所安装的电子系统和其所承载的越来越复杂多元化的任务呈比例增加，趋向复杂，机载航空电子系统在提高飞机性能方面占有越来越重要的地位。

1 航空电子系统综合

在飞机完成任务的过程中，所有进行支持的和电子学有关的系统以及设备就是航空电子。记在网络和软硬件等技术将电子功能和对应的电子设备在飞机物理结构空间内组合成一个有机整体，来达到高度共享资源的目的，将系统作战性能、可靠性相平衡与生命周期成本控制方面。

2 航点综合技术的发展历程

在迄今为止的数十年发展过程中，航空电子系统经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。

2.1 分立综合式航空电子系统

各个子系统独立，飞行员必须分别获取各个子系统的显示信息，并分别进行各个子系统的控制和操作，这种航空电子系统被认为是第一代航空电子系统。由于机载电子设备的数量和种类多且自成系统，设备间的信号传递都采用点对点传输方式，互连电缆繁多，重量大，占用空间大，队飞机平台造成了很不利的影响。

2.2 联合式航空电子系统[1]

由于分立式航空电子的种种限制，使飞行员几乎无法非常有效地操纵飞机。提出了以数据总线和综合显示控制为标志的联合式航空电子系统。该系统大大减轻了飞行员的负担，简化了系统设计，将独立工作的航点设备通过1553B数据总线进行互联，并通过任务软件进行综合控制和现实，实现信息资源共享，提高了系统的性能。并将该系统成功地应用于F-16、F-18和法国的幻影2000等一系列战斗机上。

尽管解决了部分信息共享和显示控制的问题，随着航空电子系统进一步复杂化，联合式航空电子系统也表现出明显的局限性：各子系统仍使用专用的硬件和软件资源，仅对现实和控制进行了综合，综合化程度低；数据总线宽快不够，1553总线速率为1 Mb/s不能满足新的系统信息传输的要求；系统通过总线控制器集中控制，缺乏系统控制上的健壮性；需要外场、内场、和车间三级维修支持，在正果系统生命周期中造成大量附加成本。

2.3 综合式航空电子系统

“宝石柱”计划[2]是美国空军莱特实验室于1987年提出，并于1991年完成演示实验，在F-22、A-12、RAH-66上获得应用。“宝石柱”计划的重要意义在于卖出了显著的航空电子功能综合的第一步。由通用的数据处理机组成航空电子核心处理系统，完成传感器的信息处理和系统任务管理功能。它将航空电子系统划分为传感器区、数字信号处理区、任务管理区和飞机管理区。在各个功能区中采用了一些相同的通用模块，并且可以安装在相同的设备架中。通用模块系列的应用提高了系统可靠性，取消了空军基地中间级维修，大大降低了飞机生命周期成本。F-22系统综合结构示意图如图1。

2.4 先进综合式航空电子系统

航空电子系统面临性能、成本和可靠性等方面的严峻挑战。在改进性能方面，隐身性已成为许多新的军用飞机的一项主要涉及考虑，然而航空电子在满足隐身性的要求下还必须提供足够的数据，使飞行员获得战场威胁、地形等诸多信息。还需要综合通过数据链从外部获得数据，以补充机载传感器的信息，构成动态的任务态势。为了提供这个能力，需要大大改进传感器级传感器信号处理能力。在提高系统可用性方面。21世纪航空电子使用环境对电子设备设计、封装、冷却等方面提出了新的要求，特别强调更广泛的通用化和模块化，改进电子系统可靠性，简化维修，减少对机务人员和系统供应渠道的依赖。

20世纪90年代初，美国空军莱特实验室针对2000年以后的航空电子系统需求提出了“宝石台”计划[3]，如图2所示。与“宝石柱”计划不同的是，“宝石台”将综合化和模块化的概念推广到了天线孔径和传感器信号预处理的领域。

3 航空电子综合系统的发展趋势

3.1 航点综合化技术向深度和广度发展

（1）综合传感器系统（ISS）计划中，射频、天线孔径、信号处理、数字处理等都将采用共用概念；（2）综合孔径传感器系统（IASS）用一个480×680像素的红外焦平面阵完成前视红外、红外搜索跟踪、电视摄像等功能；（3）分布孔径红外系统（DAIRS）把导弹逼近告警装置、红外搜索跟踪和前视红外等功能综合成一个系统；（4）综合射频对抗系统（SIRFC）、“综合红外对抗系统（SIIRCM）将定向红外对抗和紫外线导弹告警结合起来；（5）F-22、EF-2000飞机对机电系统实施统一的控制和管理，即公共设备管理系统，并纳入综合航电系统统一管理和控制。下一步将朝着功能和能量的综合方向发展，由一个整体的综合系统完成目前由各机电系统完成的全部功能。综合已不限于单机之内，最大限度地利用机外信息资源将是今后一个显著特点。

3.2 广泛使用COTS技术

为了实现经济上可承受、性能、可改进性和重新使用能力的四大指标，在未来的综合航电系统中将更加强调采用COTS技术。开放式系统结构下，更新周期很短的商用产品，采用公开一致的民用标准，易于更新、易于发展、易于采用新技术。

3.3 实现高度的模块化

模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。航电系统由三级维修简化成二级维修，减少维修人员和地面维修设备，大大减少了后勤保障费用。

3.4 战斗机传感器进一步综合化

多传感器综合（MSI）的目标是：（1）改变目前各种传感器分立的状态，实现互为补充、互为备份、扬长避短、综合使用各传感器提供的信息；（2）对多传感器实现综合的控制和管理，在现有的硬件和软件水平上获得比任何单独的传感器性能更高的传感器系统；（3）美国空军F-22传感器系统的天线及射频前端功能仍是分立的，雷达、RWR/ESM、CNI各有自己的天线及前端处理功能，综合起来完成雷达、EW、CNI等功能；（4）传感器的信号处理和数据处理也要实现综合，使用统一的中频进行处理，A/D变换尽量向前端推移，使用标准的共用模块。完成信号处理和数据处理，然后通过航空电子网络，连接到CIP，进行数据融合。对传感器的控制和功率管理也可通过该通道完成；（5）传感器系统的界线将被打破。如，用于扫描和跟踪目标这些传统雷达任务的有源电子扫描阵（AESA）在同一时刻也用于干扰、电子情报、通信和其他任务；（6）AESA收集的数据将与机外数据源（如预警机、电子战飞机和卫星），以及机上的光电系统的信息进行融合。

参考文献

[1] 霍曼，邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术，2004（4）：5-10.

[2] 江帆，鞠建波，邓小涛.综合航空电子系统新技术研究[J].现代电子技术，2003（20）：32-34.

[3] 姜鑫.军用直升机航空电子系统的发展[J].直升机技术，2002（4）：46-48endprint

摘 要：本文围绕航空电子系统阐述了20世纪70年代至今航空电子发展的几个阶段，针对影响航空电子发展的几个因素，展开讨论，并分析航空电子综合发展趋势。

关键词：航空电子 模块化 机载网络 综合航电

中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0033-02

飞机上所安装的电子系统和其所承载的越来越复杂多元化的任务呈比例增加，趋向复杂，机载航空电子系统在提高飞机性能方面占有越来越重要的地位。

1 航空电子系统综合

在飞机完成任务的过程中，所有进行支持的和电子学有关的系统以及设备就是航空电子。记在网络和软硬件等技术将电子功能和对应的电子设备在飞机物理结构空间内组合成一个有机整体，来达到高度共享资源的目的，将系统作战性能、可靠性相平衡与生命周期成本控制方面。

2 航点综合技术的发展历程

在迄今为止的数十年发展过程中，航空电子系统经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。

2.1 分立综合式航空电子系统

各个子系统独立，飞行员必须分别获取各个子系统的显示信息，并分别进行各个子系统的控制和操作，这种航空电子系统被认为是第一代航空电子系统。由于机载电子设备的数量和种类多且自成系统，设备间的信号传递都采用点对点传输方式，互连电缆繁多，重量大，占用空间大，队飞机平台造成了很不利的影响。

2.2 联合式航空电子系统[1]

由于分立式航空电子的种种限制，使飞行员几乎无法非常有效地操纵飞机。提出了以数据总线和综合显示控制为标志的联合式航空电子系统。该系统大大减轻了飞行员的负担，简化了系统设计，将独立工作的航点设备通过1553B数据总线进行互联，并通过任务软件进行综合控制和现实，实现信息资源共享，提高了系统的性能。并将该系统成功地应用于F-16、F-18和法国的幻影2000等一系列战斗机上。

尽管解决了部分信息共享和显示控制的问题，随着航空电子系统进一步复杂化，联合式航空电子系统也表现出明显的局限性：各子系统仍使用专用的硬件和软件资源，仅对现实和控制进行了综合，综合化程度低；数据总线宽快不够，1553总线速率为1 Mb/s不能满足新的系统信息传输的要求；系统通过总线控制器集中控制，缺乏系统控制上的健壮性；需要外场、内场、和车间三级维修支持，在正果系统生命周期中造成大量附加成本。

2.3 综合式航空电子系统

“宝石柱”计划[2]是美国空军莱特实验室于1987年提出，并于1991年完成演示实验，在F-22、A-12、RAH-66上获得应用。“宝石柱”计划的重要意义在于卖出了显著的航空电子功能综合的第一步。由通用的数据处理机组成航空电子核心处理系统，完成传感器的信息处理和系统任务管理功能。它将航空电子系统划分为传感器区、数字信号处理区、任务管理区和飞机管理区。在各个功能区中采用了一些相同的通用模块，并且可以安装在相同的设备架中。通用模块系列的应用提高了系统可靠性，取消了空军基地中间级维修，大大降低了飞机生命周期成本。F-22系统综合结构示意图如图1。

2.4 先进综合式航空电子系统

航空电子系统面临性能、成本和可靠性等方面的严峻挑战。在改进性能方面，隐身性已成为许多新的军用飞机的一项主要涉及考虑，然而航空电子在满足隐身性的要求下还必须提供足够的数据，使飞行员获得战场威胁、地形等诸多信息。还需要综合通过数据链从外部获得数据，以补充机载传感器的信息，构成动态的任务态势。为了提供这个能力，需要大大改进传感器级传感器信号处理能力。在提高系统可用性方面。21世纪航空电子使用环境对电子设备设计、封装、冷却等方面提出了新的要求，特别强调更广泛的通用化和模块化，改进电子系统可靠性，简化维修，减少对机务人员和系统供应渠道的依赖。

20世纪90年代初，美国空军莱特实验室针对2000年以后的航空电子系统需求提出了“宝石台”计划[3]，如图2所示。与“宝石柱”计划不同的是，“宝石台”将综合化和模块化的概念推广到了天线孔径和传感器信号预处理的领域。

3 航空电子综合系统的发展趋势

3.1 航点综合化技术向深度和广度发展

（1）综合传感器系统（ISS）计划中，射频、天线孔径、信号处理、数字处理等都将采用共用概念；（2）综合孔径传感器系统（IASS）用一个480×680像素的红外焦平面阵完成前视红外、红外搜索跟踪、电视摄像等功能；（3）分布孔径红外系统（DAIRS）把导弹逼近告警装置、红外搜索跟踪和前视红外等功能综合成一个系统；（4）综合射频对抗系统（SIRFC）、“综合红外对抗系统（SIIRCM）将定向红外对抗和紫外线导弹告警结合起来；（5）F-22、EF-2000飞机对机电系统实施统一的控制和管理，即公共设备管理系统，并纳入综合航电系统统一管理和控制。下一步将朝着功能和能量的综合方向发展，由一个整体的综合系统完成目前由各机电系统完成的全部功能。综合已不限于单机之内，最大限度地利用机外信息资源将是今后一个显著特点。

3.2 广泛使用COTS技术

为了实现经济上可承受、性能、可改进性和重新使用能力的四大指标，在未来的综合航电系统中将更加强调采用COTS技术。开放式系统结构下，更新周期很短的商用产品，采用公开一致的民用标准，易于更新、易于发展、易于采用新技术。

3.3 实现高度的模块化

模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。航电系统由三级维修简化成二级维修，减少维修人员和地面维修设备，大大减少了后勤保障费用。

3.4 战斗机传感器进一步综合化

多传感器综合（MSI）的目标是：（1）改变目前各种传感器分立的状态，实现互为补充、互为备份、扬长避短、综合使用各传感器提供的信息；（2）对多传感器实现综合的控制和管理，在现有的硬件和软件水平上获得比任何单独的传感器性能更高的传感器系统；（3）美国空军F-22传感器系统的天线及射频前端功能仍是分立的，雷达、RWR/ESM、CNI各有自己的天线及前端处理功能，综合起来完成雷达、EW、CNI等功能；（4）传感器的信号处理和数据处理也要实现综合，使用统一的中频进行处理，A/D变换尽量向前端推移，使用标准的共用模块。完成信号处理和数据处理，然后通过航空电子网络，连接到CIP，进行数据融合。对传感器的控制和功率管理也可通过该通道完成；（5）传感器系统的界线将被打破。如，用于扫描和跟踪目标这些传统雷达任务的有源电子扫描阵（AESA）在同一时刻也用于干扰、电子情报、通信和其他任务；（6）AESA收集的数据将与机外数据源（如预警机、电子战飞机和卫星），以及机上的光电系统的信息进行融合。

参考文献

[1] 霍曼，邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术，2004（4）：5-10.

[2] 江帆，鞠建波，邓小涛.综合航空电子系统新技术研究[J].现代电子技术，2003（20）：32-34.

[3] 姜鑫.军用直升机航空电子系统的发展[J].直升机技术，2002（4）：46-48endprint

摘 要：本文围绕航空电子系统阐述了20世纪70年代至今航空电子发展的几个阶段，针对影响航空电子发展的几个因素，展开讨论，并分析航空电子综合发展趋势。

关键词：航空电子 模块化 机载网络 综合航电

中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0033-02

飞机上所安装的电子系统和其所承载的越来越复杂多元化的任务呈比例增加，趋向复杂，机载航空电子系统在提高飞机性能方面占有越来越重要的地位。

1 航空电子系统综合

在飞机完成任务的过程中，所有进行支持的和电子学有关的系统以及设备就是航空电子。记在网络和软硬件等技术将电子功能和对应的电子设备在飞机物理结构空间内组合成一个有机整体，来达到高度共享资源的目的，将系统作战性能、可靠性相平衡与生命周期成本控制方面。

2 航点综合技术的发展历程

在迄今为止的数十年发展过程中，航空电子系统经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。

2.1 分立综合式航空电子系统

各个子系统独立，飞行员必须分别获取各个子系统的显示信息，并分别进行各个子系统的控制和操作，这种航空电子系统被认为是第一代航空电子系统。由于机载电子设备的数量和种类多且自成系统，设备间的信号传递都采用点对点传输方式，互连电缆繁多，重量大，占用空间大，队飞机平台造成了很不利的影响。

2.2 联合式航空电子系统[1]

由于分立式航空电子的种种限制，使飞行员几乎无法非常有效地操纵飞机。提出了以数据总线和综合显示控制为标志的联合式航空电子系统。该系统大大减轻了飞行员的负担，简化了系统设计，将独立工作的航点设备通过1553B数据总线进行互联，并通过任务软件进行综合控制和现实，实现信息资源共享，提高了系统的性能。并将该系统成功地应用于F-16、F-18和法国的幻影2000等一系列战斗机上。

尽管解决了部分信息共享和显示控制的问题，随着航空电子系统进一步复杂化，联合式航空电子系统也表现出明显的局限性：各子系统仍使用专用的硬件和软件资源，仅对现实和控制进行了综合，综合化程度低；数据总线宽快不够，1553总线速率为1 Mb/s不能满足新的系统信息传输的要求；系统通过总线控制器集中控制，缺乏系统控制上的健壮性；需要外场、内场、和车间三级维修支持，在正果系统生命周期中造成大量附加成本。

2.3 综合式航空电子系统

“宝石柱”计划[2]是美国空军莱特实验室于1987年提出，并于1991年完成演示实验，在F-22、A-12、RAH-66上获得应用。“宝石柱”计划的重要意义在于卖出了显著的航空电子功能综合的第一步。由通用的数据处理机组成航空电子核心处理系统，完成传感器的信息处理和系统任务管理功能。它将航空电子系统划分为传感器区、数字信号处理区、任务管理区和飞机管理区。在各个功能区中采用了一些相同的通用模块，并且可以安装在相同的设备架中。通用模块系列的应用提高了系统可靠性，取消了空军基地中间级维修，大大降低了飞机生命周期成本。F-22系统综合结构示意图如图1。

2.4 先进综合式航空电子系统

航空电子系统面临性能、成本和可靠性等方面的严峻挑战。在改进性能方面，隐身性已成为许多新的军用飞机的一项主要涉及考虑，然而航空电子在满足隐身性的要求下还必须提供足够的数据，使飞行员获得战场威胁、地形等诸多信息。还需要综合通过数据链从外部获得数据，以补充机载传感器的信息，构成动态的任务态势。为了提供这个能力，需要大大改进传感器级传感器信号处理能力。在提高系统可用性方面。21世纪航空电子使用环境对电子设备设计、封装、冷却等方面提出了新的要求，特别强调更广泛的通用化和模块化，改进电子系统可靠性，简化维修，减少对机务人员和系统供应渠道的依赖。

20世纪90年代初，美国空军莱特实验室针对2000年以后的航空电子系统需求提出了“宝石台”计划[3]，如图2所示。与“宝石柱”计划不同的是，“宝石台”将综合化和模块化的概念推广到了天线孔径和传感器信号预处理的领域。

3 航空电子综合系统的发展趋势

3.1 航点综合化技术向深度和广度发展

（1）综合传感器系统（ISS）计划中，射频、天线孔径、信号处理、数字处理等都将采用共用概念；（2）综合孔径传感器系统（IASS）用一个480×680像素的红外焦平面阵完成前视红外、红外搜索跟踪、电视摄像等功能；（3）分布孔径红外系统（DAIRS）把导弹逼近告警装置、红外搜索跟踪和前视红外等功能综合成一个系统；（4）综合射频对抗系统（SIRFC）、“综合红外对抗系统（SIIRCM）将定向红外对抗和紫外线导弹告警结合起来；（5）F-22、EF-2000飞机对机电系统实施统一的控制和管理，即公共设备管理系统，并纳入综合航电系统统一管理和控制。下一步将朝着功能和能量的综合方向发展，由一个整体的综合系统完成目前由各机电系统完成的全部功能。综合已不限于单机之内，最大限度地利用机外信息资源将是今后一个显著特点。

3.2 广泛使用COTS技术

为了实现经济上可承受、性能、可改进性和重新使用能力的四大指标，在未来的综合航电系统中将更加强调采用COTS技术。开放式系统结构下，更新周期很短的商用产品，采用公开一致的民用标准，易于更新、易于发展、易于采用新技术。

3.3 实现高度的模块化

模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。航电系统由三级维修简化成二级维修，减少维修人员和地面维修设备，大大减少了后勤保障费用。

3.4 战斗机传感器进一步综合化

多传感器综合（MSI）的目标是：（1）改变目前各种传感器分立的状态，实现互为补充、互为备份、扬长避短、综合使用各传感器提供的信息；（2）对多传感器实现综合的控制和管理，在现有的硬件和软件水平上获得比任何单独的传感器性能更高的传感器系统；（3）美国空军F-22传感器系统的天线及射频前端功能仍是分立的，雷达、RWR/ESM、CNI各有自己的天线及前端处理功能，综合起来完成雷达、EW、CNI等功能；（4）传感器的信号处理和数据处理也要实现综合，使用统一的中频进行处理，A/D变换尽量向前端推移，使用标准的共用模块。完成信号处理和数据处理，然后通过航空电子网络，连接到CIP，进行数据融合。对传感器的控制和功率管理也可通过该通道完成；（5）传感器系统的界线将被打破。如，用于扫描和跟踪目标这些传统雷达任务的有源电子扫描阵（AESA）在同一时刻也用于干扰、电子情报、通信和其他任务；（6）AESA收集的数据将与机外数据源（如预警机、电子战飞机和卫星），以及机上的光电系统的信息进行融合。

参考文献

[1] 霍曼，邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术，2004（4）：5-10.

[2] 江帆，鞠建波，邓小涛.综合航空电子系统新技术研究[J].现代电子技术，2003（20）：32-34.

[3] 姜鑫.军用直升机航空电子系统的发展[J].直升机技术，2002（4）：46-48endprint