航电系统的发展
航电系统全称“综合航空电子系统”，是现代化战斗机的一个重要组成部分，战斗机的作战性能与航空电子系统密切相关。
1.简介
航电系统全称“综合航空电子系统”，是现代化战斗机的一个重要组成部分，战斗机的作战性能与航空电子系统密切相关。可以说，没有高性能的航电系统，就不可能有高效能作战的战斗机。
2.航电系统的发展
综合航电系统在需求牵引和技术推动下已有几十年的发展历史，特别是近十来年，取得了引人注目的进展，促进了飞机作战效能的进一步提高。然而，目前综合航电系统在使用过程中暴露出不少不足之处，亟待加以改进和完善；同时，21世纪的作战策略和方式的发展也对综合航电系统提出了更具挑战性的要求。因此，未来的十年，在解决经济上可承受性问题的同时，综合航电系统仍将向着更加综合化、信息化、技术化、模块化及智能化的方向发展，并且综合航电系统的功能、性能以及可靠性、维修性、保障性、测试性和综合效能也将出现突破性的飞跃。可以预见，航空电子综合化水平将得到不断提高，航空电子综合技术将向深度和广度发展，得到不断完善。
3.航电系统向深度和广度发展
航空电子系统的发展历程业已证明，综合化是航空电子发展的灵魂和核心。综合化能压缩航空电子系统的体积和重量，减轻飞行员的工作负担，提高系统可靠性，降低全寿命周期费用等。于本世纪初服役的美国第四代战机F－22按常规需要60多根天线，工作波段不同的多种接收机、发射机都处于各自分立状态，现在已经综合成十几根天线，下一步还要继续综合。正在执行的综合传感器系统（ISS）计划，天线孔径、射频、信号处理、数字处理等都将采用共用概念。“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；“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；“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。F－22、EF－2000飞机对机电系统实施统一的控制和管理，这就是所谓公共设备管理系统，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。通过数据链在编队飞机之间或电子战飞机和攻击机之间进行实时数据传输，例如美国海军提出的“协同作战能力”（CEC）概念。此外，预计到2020年，有人驾驶飞机与无人驾驶飞机混合编队作战将成为现实，飞机上的综合航电系统将成为海、陆、空、天综合立体网上的一个节点。
4.实现高度的模块化
解决综合航电系统采用开放式系统结构既要节省费用又要提高作战任务性能的矛盾，方法之一是模块化。模块化是综合航电系统发展的又一重要特征。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。集成电路和电子技术的高速发展已经能够使各种完整的功能“浓缩”于一个标准电子模块之中。模块化航电系统的主要特征是结构分层。系统结构分层和综合化的关键，也是影响资源利用率的重要因素，在顶层设计时必须要折衷和权衡系统结构层次。模块化是为了系统重构、扩张、修改和维护，可大幅度地提高可用性，保证飞机随时处于可以起飞作战状态；通用化是为了最大限度地利用模块、部件、元件以减少品种降低成本。标准模块（SEM）是模块化的基础。采用集成机柜、标准模块后，取消了外场可更换单元（LRU），全面采用通用的、标准的外场可更换模块（LRM）；整个航电系统由三级维修变成二级维修，简化了航空电子维修，减少维修人员和地面维修设备，实现延期的维修或定期维修，从而大大减少了后勤保障费用。由于模块的标准是公开发布的，这对成本竞争和元器件的过时更改非常有利。每一个标准模块用若干个多芯片模块（MCM）或微波单片集成电路（MMIC）构成，而每个MCM或MMIC至少又有几十个VHSIC和ASIC芯片组成。利用通用模块可开发系统或子系统，即利用通用模块组合构成任一功能的航电子系统。
航电系统模块：
1.通信系统
通信系统的主要用途是使飞机在飞行的各阶段中和地面的航行管制人员、签派、维修等相关人员保持双向的语音和信号联系，当然这个系统也提供了飞机内部人员之间和与旅客联络服务。
它主要分为：甚高频通信系统、高频通信系统、选择呼叫系统和音频系统。
a.甚高频通信系统（VHF：VeryHighFrequency）
应用甚高频无线电波。它的有效作用范畴较短，只在目视规模之内，作用距离随高度变更，在高度为300米时间隔为74公里。是目前民航飞机重要的通信工具，用于飞机在腾飞、下降时或通过把持空域机会组职员和地面管制人员的双向语音通讯。起飞跟降落时期是驾驶员处置问题最忙碌的时代，也是飞翔中最轻易产生事变的时光，因而必需保障甚高频通信的高度可靠，民航飞机上个别都装有一套以上的备用体系。
甚高频通信系统由收发机组、节制盒和天线三部分组成。收发机组用频率合成器提供稳固的基准频率，而后和信号一起，通过天线发射出去。接受部分则从天线上收到信号，经由放大、检波、静噪后变成音频信号，输入驾驶员的耳机。天线为刀形，一般在机腹和机背上都有安装。
甚高频所使用的频率范围依照国际民航组织的统一规定在118.000～135.975MHZ，每25KHZ为一个频道，可设置720个频道由飞机和地面控制台选用。
b.高频通信系统（HF：HighFrequency）
是远距离通信系统。它使用了和短波广播的频率范围相同的电磁波，它利用电离层的反射，因此通信距离可达数千公里，用于飞行中坚持与基地和远方航站的联络。使用的频率范围为2－30MHZ，每1KHZ为一个频道。大型飞机一般装有两套高频通信系统，使用单边带通信，这样可以大大紧缩所占用的频带，节俭发射功率。高频通信系统由收发机组、天线耦合器、控制盒和天线组成，它的输出功率较大，需要有透风散热装置。古代民航机用的高频通信天线一般埋入飞机蒙皮之内，装在飞机尾部，不外目前该系统很少使用。
c.抉择呼叫系统（SELCAL）
它的作用是用于当地面呼叫一架飞机时，飞机上的取舍呼叫系统以灯光和音响告诉机组有人呼叫，从而进行联络，避免了驾驶员长时间等待呼叫或是由于疏漏而不能接通联系。每架飞机上的挑选呼叫必须有一个特定的四位字母代码，机上的通信系统都调在指定的频率上，当地面的高频或甚高频系统发出呼叫脉冲，其中包括着四字代码，飞机收到这个呼叫信号后输入译码器，如果呼叫的代码与飞机代码相符，则译码器把驾驶舱信号灯和音响器接通，通知驾驶员进行通话。
d.音频综合系统（AIS）
包括飞机内部的通话系统，如机组人员之间的通话系统，对旅客的播送和电视等娱乐设施以及飞机在地面时机组和地面维护人员之间的通话系统。它分为飞行内话系统、勤务内话系统、客舱广播及娱乐系统、呼唤系统。
l）飞行内话系统：主要功能是使驾驶员使用音频选择盒，把话筒衔接到所选择的通信系统，向外发射信号，同时使这个系统的音频信号输入驾驶员的耳机或扬声器中，也可以用这个系统选择收服从各种导航设备来的音频信号或利用相连的线路进行机组成员之间的通话。
2）勤务内话系统：是指在飞机上各个服务站位，包含驾驶舱、客舱、乘务员、地面服务维修人员站位上安装的话筒或插孔组成的通话系统，机组人员之间和机组与地面服务人员之间应用它进行联系，如地面保护服务站位普通是安装在前起落架上方，地面人员将发话器接头插入插孔就可进行通话。
3）客舱广播及娱乐系统：是机内向旅客广播通知和放送音乐的系统。各种客机的旅客娱乐系统差别较大。
4）呼唤系统：与内话系统相配合，呼唤系统由各站位上的召唤灯协调音器及呼唤按钮组成，各内话站位上的人员按下要通话的站位按钮,怎样才能让学生始终聚焦于自己设计的课上，那个站位的扬声器发出声音或接通指示灯，以呼唤对方接通电话。呼唤系统还包括旅客座椅上呼唤乘务员的按钮和乘务员站位的指示灯
2.机载防撞系统
飞机上的防撞系统，美国航空系统称为空中交通预警和防撞系统（TCAS: Traffic Alertand Collision Avoidance System）欧洲航空体制称为机载防撞系统（ACAS：Airborne Collision Avoidance System），两者实际上的含意、功能是一致的。防撞系统可显示飞机周围的情况，并在需要时提供语音告警，同时赞助驾驶员以恰当机动方式躲避危险，这些都有助于避免灾害性事故的发生。
3.民航飞机的辅助动力系统--APU（AuxiliaryPowerUnit）
在大、中型飞机上和大型直升机上，为了减少对地面（机场）供电装备的依附，都装有独破的小型能源安装，称为帮助动力装置或APU。
APU的作用是向飞机独立地提供电力和压缩空气，也有少量的APU可以向飞机提供附加推力。飞机在地面上起飞前，由APU供电来启动主发动机，从而不需依*地面电、气源车来发动飞机。在地面时APU提供电力和压缩空气,》9月起改为一月两刊，保证客舱和驾驶舱内的照明和空调，在飞机起飞时使发动机功率全部用于地面加速和爬升，改良了起飞性能。降落后，仍由APU供应电力照明和空调，使主发动机提前关闭，从而节省了燃油，下降机场噪声。
4.黑匣子--飞行信息记录系统
空难事故发生后，飞机往往崩溃，甚至被烈火销毁。人们到现场救济的时候，老是会寻找一个东西，它的名字大家已经耳熟能详了，对了，这就是被誉为空难“见证人”的黑匣子。它可以给调查人员提供证据，帮助他们了解事故的本相。实际上，黑匣子是飞机上的飞行信息记录系统。
飞行信息记录系统的用处包括：事故分析――记录的数据在飞机失事后再现，用模拟器模仿，是分析事故原因最直接可*的方式，国际民航组织规定民航机必须安装飞行记录器；用于维修――从这些记录上可以发明涌现的故障，从而适时进行维修；用于飞行实验。
5.盲降--仪表着陆系统
盲降是仪表着陆系统ILS（InstrumentLandingSystem）的俗称。因为仪表着陆系统能在低天气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下，引导飞机进近着陆，所以人们就把仪表着陆系统称为盲降。
仪表着陆系统是飞机进近和着陆领导的国际尺度系统，它是二战后于1947年由国际民航组织ICAO确认的国际标准着陆设备。全世界的仪表着陆系统都采用ICAO的技术机能请求，因此任何配备盲降的飞机在全世界任何装有盲降设备的机场都能得到同一的技术服务。
6.机载雷达系统
机载气象雷达通过气象目标或其它目标（如地形）对雷达所辐射的雷达信号的反射来探测目标。驾驶员根据气象雷达提供的图像，即可选择安全的航线避开危险的气象区域。
机载气象雷达的基本功能是探测飞机前方的气象情况和观察飞机前下方的地形情况，可实现如下功能：探测航路前方扇形区域中的降雨区、冰雹区等气象区域；探测夹带雨滴的湍流区域；观察飞机前下方的地形；发现航路上的山峰、相遇飞机等空中障碍物。
机载气象雷达的基本原理
采用径向扫描极坐标显示方式。以机载雷达作为圆心（零距离），以正北作为方位角基准（零方位角）。径向扫描线方向为目标方位；圆心作为距离基准，半径长度为距离量程。将目标视为“点”，光点距圆心的距离为目标斜距，沿半径度量；光点大小对应目标尺寸，亮度对应目标回波的强度。
气象雷达的基本功能是探测降雨区域，对山峰、相遇飞机的探测能力以及提供的位置准确度，一般不能满足地形回避和防撞要求。
气象雷达系统的基本组成
通常由收/发组件、天线组件和控制显示组件等组成。
收/发组件：产生射频脉冲信号，输往天线辐射；同时接收、放大和处理回波信号，提取目标信息，输送给雷达显示器。气象雷达系统框图如下图所示：
7.飞行管理系统
飞行管理系统（FMS）是新一代机载电子设备的标志，它是飞机数字化电子系统的核心，以提高飞行自动化、安全性、经济性为目的的高级区域导航制导和性能管理系统。其组成系统有飞行管理计算机系统（FMCS），惯性基准系统（IRS），飞行控制系统（AFCS），自动油门系统(A/T)，空中交通管理系统（ATMS）等。FMS可实现全自动导航，减轻飞行员工作负担，提高飞机操作自动化程度，使飞机以最佳的飞行路径抵达目的地，进一步提高飞机飞行品质和燃油效率。
飞行员在飞行管理计算机中起飞和目的地机场之间的航路点，FMCS能根据惯性基准系统（IRS）和无线电导航设备的信号准确地计算出飞机在飞行中的实时位置，根据计算发出指令到自动驾驶仪或飞行指引系统，引导飞机从起飞机场到目的地机场。同样,飞行员通过FMS的控制显示组件(CDU)输入飞机的起飞全重以及性能要求，FMS就能计算从起飞机场到目的地机场飞行的最经济速度和巡航高度,也能连续计算推力限期值，送出指令到自动驾驶和自动油门系统。
现代飞行管理系统不仅能实现水平和垂直方向的三维航迹导引，而且还能加入时间控制因素，精确控制飞行时间，保证按时进场，尽量避免航班延误，实现四维航迹导引及优化。四维导引可明显减少飞机着陆过程中的留空等待时间，从而降低油耗和机场周围噪声污染。
目前飞行管理系统的厂商主要有美国霍尼韦尔公司、罗克韦尔·科林斯公司和通用航空电子公司，英国的史密斯航空航天公司，法国的泰莱斯航空电子公司和加拿大的CMC电子组件公司。
8.导航系统
飞机导航系统是可以确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的整套设备（包括飞机上的和地面上的设备）。可实时获取飞机的位置、速度、姿态等信息，并将数据通过总线传输给综合飞行管理系统和飞行控制系统。
1)发展概况
早期的飞机主要靠目视导航，20世纪20年代开始发展仪表导航，此后有30年代的中波四航道无线电信标和无线电罗盘导航，40年代初的超短波的伏尔导航系统和仪表着陆系统，50年代初的惯性导航系统，50年代末的多普勒导航系统，60年代的远程无线电罗兰C导航系统。1963年出现卫星导航，70年代以后发展全球定位导航系统。
2)导航方法
导航的关键在于确定飞机的瞬时位置，确定飞机位置有目视定位、航位推算和几何定位三种方法。目视定位即驾驶员观察地面标志来判定飞机的位置，这在起飞和着陆过程中特别需要。航位推算即根据已知的前一时刻飞机位置和测得的导航参数推算当时飞机的位置。几何定位是以某导航点为基准确定飞机相对于导航点的位置，从而定出飞机的位置线，再确定飞机相对于另一导航点的位置，定出另一条位置线。两条位置线的交点就是飞机所在的位置。
3)导航系统分类
飞机导航系统按其不同的工作原理可分为以下几种：
（1）仪表导航系统：利用飞机上简单仪表所提供的数据通过人工计算得出各种导航参数。这些仪表是空速表、磁罗盘、航向陀螺仪和高度表等。后来由人工计算发展为自动计算而有了自动领航仪。各种简单仪表也逐渐发展成为航向姿态系统和大气数据计算机等。
（2）无线电导航系统：利用地面无线电导航台和飞机上的无线电导航设备对飞机进行定位和引导。无线电导航系统按所测定的导航参数分为5类：测角系统，如无线电罗盘和伏尔导航系统；测距系统，如无线电高度表和测距器(DME)；测距差系统，即双曲线无线电导航系统，如罗兰C导航系统和奥米加导航系统；测角测距系统，如塔康导航系统和伏尔-DME系统；测速系统，如多普勒导航系统。作用距离在 400公里以内的为近程无线电导航系统，达到数千公里的为远程无线电导航系统，1万公里以上的为超远程无线电导航系统和全球定位导航系统。全球定位导航则借助于导航卫星。此外，利用定向和下滑无线电信标可组成仪表着陆系统。
（3）惯性导航系统：利用安装在惯性平台上的3个加速度计测出飞机沿互相垂直的3个方向上的加速度，由计算机将加速度信号对时间进行一次和二次积分，得出飞机沿3个方向的速度和位移，从而能连续地给出飞机的空间位置。测量加速度也可不采用惯性平台，而把加速度计直接装在机体上，再把航向系统和姿态系统提供的信号一并输入计算机，计算出飞机的速度和位移，这就是捷联式惯性导航系统。
（4）天文导航系统：以天体（如星体）为基准，利用星体跟踪器测定水平面与对此星体视线间的夹角（称为星体高度角）。高度角相等点构成的位置线是地球上的一个大圆。测定两个星体的高度角可得到两个大圆，它们的交点就是飞机的位置。
（5）组合导航系统：由以上几种导航系统组合起来所构成的性能更为完善的导航系统。
9.驾驶舱显示系统
随着民用航空的发展和科学技术的进步，综合化、直观化的驾驶舱显示控制系统将成为未来民用飞机驾驶舱的必然发展趋势。
飞机驾驶舱显示系统主要分成主飞行显示器(PrimaryFlightDisplay,PFD)、导航显示器(NavigationDisplay,ND)和发动机仪表及其系统仪表三个部分。其中，主飞行仪表显示关于维持飞机安全性和控制性飞行能力的信息；导航仪表显示飞机相对于其环境的位置信息，将飞机由起始点安全的引导至目的地；发动机仪表及其系统显示器显示飞机系统的信息，以确保飞机在计划飞行期间持续、安全的运行。
为了确保飞机的飞行安全，目前显示系统在主飞行显示器上显示由数据库合成的三维飞机前方飞行环境,同时在导航显示器上显示带阴影地形图的飞机下方地形正投影，这种合成的地形显示不受气象状况的影响,有助于飞行机组判断飞机相对地形的位置，在低能见度条件下,这一优点更为突出。发动机仪表及其系统显示器在飞行全过程中对发动机和飞机各系统进行监控，并连续显示数据，及时警告信息按不同等级设计成不同的颜色和方式出现在显示器中，以表达响应的紧迫性和故障程度，同时系统通过非易失存储器记录发动机持续记录飞机发动机和其他系统的某些自动事件，用于地面维护人员排除故障，分级报警功能。
10.机载娱乐系统
机载娱乐（IFE)系统的出现时间虽然不长，但随着数字化技术的应用，机载娱乐系统发展也越来越成熟。目前，旅客座椅背面的机载系统不仅可以提供大量的目的地信息、三维移动地图显示等信息服务和电影、电视、音频等娱乐项目（AVOD），而且可以根据个人喜好播放音频和视频、交互式游戏、发送和接收电子邮件、浏览互联网等。
IFE系统由客舱管理视频设备、与飞机和客舱机组人员的接口、座椅设备和座椅上方视频显示器以及相互连接的数据总线和供电线路等组成。
在大型飞机上，一套IFE系统的大小能接近，甚至超过200个模块化概念单元（MCU），每台乘客座椅的视频点播（VOD）的用电高达100瓦，一架300座飞机的IFE系统消耗的电能约30千伏安。 IFE集中应用了卫星通信技术、卫星和飞机系统接口技术、TV和视频、软件协议和应用程序以及无线入网协议等技术。目前，IFE使用的以太网具有10兆比特/秒的（IEEE802.3标准）传输速率。
目前，有以下3种常见的IFE系统：
（1）dPAVES系统
由罗克韦尔柯林斯公司开发的dPAVES系统，其核心是一个广播数字服务器（BDS), 其容量达160吉比特，在两个独立的客舱区域内可以提供高达60小时的视频节目，以及通过16个MP3频道提供128小时的音频节目。它可以存储多个娱乐集，并可以在开始新的航段时自动选择内容。 广播数字服务器存储、处理并发送音频/视频和移动地图信息，并与飞行中数据加载器（FDL)和乘务员面板（FAP)相互协作。 它能自动识别飞机的目的地和飞行路线的信息，并自动搜寻最适合的内容来提供正确的脚本。广播数字服务器的连接是通过以太网接口进行的。
（2）TopSeries系统
法国泰雷兹公司的TopSeries系列娱乐系统是一个为乘客和机组设计的娱乐平台，有宽屏58厘米（23英寸）显示器、环绕声音效、降噪和高清功能。其功能丰富，适用性很广，可扩展能力强，并且可以提供因特网与GSM连接，允许发送文本和邮件、浏览直播新闻门户网站等。不仅适用于单通道和双通道飞机，还适用于支线客机。该系统可提供集成的音频/视频点播、电源供应和互联互通功能。
（3）eX2系统
日本松下公司的机上娱乐系统包括eX2、eFX、eXpress以及数字MPES。eX2是一个灵活又可升级的机上娱乐系统，具有强大的网络和高速通信工具，可以为乘客提供音视频点播（AVOD）功能，并提供互动娱乐选项。此外，eX2节省空间，重量小于以前各代系统，提高了飞机的燃料效率。
在下一步的发展中，可以借助于新型IFE，乘客可以通过座椅上的交谈设备和互联网功能与同机乘客及外界进行交流，也可以购物，浏览餐饮菜单并点餐，通过座椅上的显示屏浏览个人电子设备中的文件，机组也借此获取乘客意见。