| 词条 | 航空电子 |
| 释义 | 航空电子是指飞机上所有电子系统的总和。一个最基本的航空电子系统由通信、导航和显示管理等多个系统构成。 设计约束(集成 物理环境 电磁兼容性 振动 系统安全性 质量) 主要领域(飞机电子系统 通信系统 导航系统 显示系统 飞行控制系统 防撞系统 气象雷达 飞机管理系统 战术任务系统 军用通信系统 雷达 声纳 光电系统 电子预警 机载网络 警用及空中救护) 简介航空电子,是指飞机上所有电子系统的总和。一个最基本的航空电子系统由通信、导航和显示管理等多个系统构成。航空电子设备种类众多，针对不同用途，这些设备从最简单的警用直升机上的探照灯到复杂如空中预警平台无所不包。 航空电子研究正以惊人的速度改变着航空航天技术。起初，航空电子设备只是一架飞机的附属系统；而如今，许多飞机存在的唯一目的即为搭载这些设备。军用飞机正日益成为一种集成了各种强大而敏感的传感器的战斗平台。 概况航空电子，亦称综合航空电子，其英文“avionics”是由“aviation(航空)”和“electronics(电子学)”两词相结合，而派生出来的。自二次世界大战后的几十年来，美国、德国、法国、英国、前苏联(俄罗斯)先后开展航空电子系统技术的研究，航空电子已经成为一门独立的学科。随着数字技术、微电子技术的迅速发展，航空电子设备的性能日趋完善，它对军用飞机战斗力和寿命周期成本均产生了很大的影响，因此研究和掌握综合航空电子系统对现代和未来战争具有重要和深远意义。 历史在上世纪70年代之前，航空电子(Avionics)这个词还没有出现。那时，航空仪表，无线电，雷达，燃油系统，引擎控制以及无线电导航都是独立的，并且大部分时候属于机械系统。 航空电子诞生于20世纪70年代。伴随着电子工业走向一体化，航空电子市场蓬勃发展起来。在70年代早期，全世界90%以上的半导体产品应用在军用飞机上。到了90年代，这个比例已不足1%。从70年代末开始，航空电子已逐渐成为飞机设计中一个独立部门。 推动航电技术发展的主要动力来源于冷战时期的军事需要而非民用领域。数量庞大的飞机变成了会飞的传感器平台，如何使如此众多的传感器协同工作也成为了一个新的难题。时至今日，航电已成为军机研发预算中最大的部分。粗略地估计一下，F-15E、F-14有80%的预算花在了航电系统上。 航空电子在民用市场也正在获得巨大的成长。飞行控制系统（线传飞控），苛刻空域条件带来的新导航需求也促使开发成本相应上涨。随着越来越多的人将飞机作为自己出行的首要交通工具，人们也不断开发出更为精细的控制技术来保证飞机在有限的空域环境下的安全性。同时，民机天然要求将所有的航电系统都限制在驾驶仓内，从而使民机在预算和开发方面第一次影响到军事领域。 航空电子设备走过了漫长的发展道路，经历了几次大的变革，每一次变革都使飞机的性能获得提高，并且进一步推动航空电子技术的发展。在航空电子系统发展中系统结构不断演变，因此航空电子系统的“结构”成为划时代的主要依据。 早期的航空电子系统为分立式结构，系统由许多“独立的”子系统组成，每个子系统必须依赖于驾驶员的操作(输入)，驾驶员不断从各子系统接收信息，保持对武器系统及外界态势的了解，五十年代的战斗机F-100、F-101等使用了典型的分立式结构。 混合式结构是向综合化过渡的一种结构形态，它出现了部分子系统之间的综合，例如火控计算机、平显、火控雷达等之间的综合；大气数据计算机、高度表、空速表、垂直速度表、攻击传感器、大气温度传感器的组合；飞行指引计算机、航恣系统、塔康等结合。各分系统通过广播式数据传输总线(如ARINC429)连接。联合式结构(也称综合化结构)是美国DAIS研究计划的主要成果，它通过1553总线将大多数航空电子分系统交联起来，实现信息的统一调度。这一时期的另一重要特点是电子技术开始应用于飞行的关键部位，如飞行控制及地形跟随，同时，传感器和分系统的能力不断增加，如雷达的能力、红外传感器、激光测距、电子战设备等。美国现役战斗机都使用这种结构，如F-16C/D、F/A-18、F-15E等。这种结构在美国等国已成为成熟技术，很多飞机的改型、更新大多采用这种系统。 新一代航空电子系统结构(即更高程度的综合化结构)是以美国“宝石柱(Pave Pillar)”计划为基础建立起来的结构概念。该计划完成于八十年代，实现“宝石柱”系统结构的第一架战斗机是美国的F-22战斗机，RAH-66轻型攻击/侦察直升机也使用了这种结构，各分系统间以1553和HSDB(高速数据总线)相连接。 继“宝石柱”计划后，美国正在推行“宝石台”(Pave Pale)计划，在纵深方向上继续推行综合化。一方面，系统中实现了各系统处理功能的综合(通用处理模块、动态重构)并进而实现传感器功能及信号处理功能的综合化；另一方面，综合化的范围也在扩展。包括了以前相对独立的飞行控制、发动机控制、通用设备控制，形成了飞机管理系统的概念，这种结构将应用于二十一世纪的美国军用飞机。 设计约束飞机上的任何设备都必须满足一系列苛刻的设计约束。 飞机所面临的电子环境是独特的，有时甚至是高度复杂的。 制造任何飞机都面临许多昂贵，耗时，麻烦和困难的方面，而适航性认证则是其中之一。随着飞机及机组人员愈来愈依赖于航电系统，这些系统的健壮性便变得非常重要了。建造航空电子系统的一个必要因素就是要求飞行控制系统在任何时候都不能失效。然而，飞机上任何一种系统都对健壮性有一定程度的要求。 集成从航空电子工业的发轫时期开始，如何将及其众多的电子系统连接起来，密切有效地使用各种信息就是一个令人头疼的问题。当初如何在离散数据线上传递开关变量的简单问题，而今已演化为如何协调光线数据总线上传递的飞行控制数据的繁杂问题。空前复杂的软件也被用以应付空前苛刻的航空标准。 在今天，系统集成已成为飞机工程师们所面临的最大问题。不管一架飞机如何小，一定程度的集成也是必不可少的（例如电力供应）。大型飞机项目（像军用及民用）经常需要数百名工程师来集成这些复杂系统。 物理环境飞行环境不同，系统用途各异。某些系统需要比其他更为健壮。今天所有的航空电子系统都需要通过特定水平的环境测试。所以鲁棒性设计日益重要。 测试的形式多种多样，许多飞机生产商更会预先规定如何测试。随着航电设备的广泛应用，各种适航认证（如英国的CAA或美国的FAA）制定了这些设备必须满足的性能标准。制造商们则在此基础上制定了这些设备必须满足的环境标准。 这些标准规定了航电制造商所必须遵循的飞机零件测试方法及等级。例如盐水喷射，防水性，模具成长，以及外部污渍之类的测试。 目前提供给制造商的这类航电标准有BS 3G 100, MIL-STD-810, DEF STAN 00-35等等。在进行每一项单独测试前，我们首先得评估其是否适用。例如，盐水喷射测试对装在密封架内的设备就没有什么必要。制造商们通过交叉引用这些标准，维护测试等级，经常会生成更为通用的需求。这些需求并不规定性能，而是对设备的操作环境的一种描述。 电磁兼容性众所周知，EEE, 电磁兼容性(EMC)是一项评估电力电子系统相互影响的活动。在飞机世界里，电磁兼容性可导致各种各样的问题。飞机及其设备一般使用测试范围更广的特定标准，如DEF Stan 59-41, MIL-STD-464等。 振动即使是最平稳的飞机（如民航干线飞机），振动也是一个非常严重的问题，对可靠性影响很大。更不用说像直升机那样颠簸的飞机，振动已成为设计中最主要的驱动因素。虽然有一些针对振动问题的飞机标准，但许多设计者们并没有意识到它们。共振问题对于每一架出厂飞机固然不同，更不用说对不同型号的飞机了。 系统安全性飞机上的所有零部件都要定期接收系统安全性分析。在航电领域，这项工作主要是由各个国家的适航认证部门来执行的。对于民机，总是由FAA或者EASA(JAA)来认证其安全性。对于军机，虽然也有一些世界标准，但大部分军机买方认证执行的是当地标准（如DEF Stan 00-56)。 在飞机设计中，安全性设计一般表述为可靠性及耐用性，极大地影响着飞机设计方法。任何应用于航电系统的软件都要接受严格的安全性审查。 质量航空电子设备的采购在全球范围内已被少数几大巨头所垄断。通过提供“盒装部件”，即所谓的LRU（航线可更换组件），打包，测试以及配置管理等活动，他们几乎垄断了整个航空电子产业。 对于任何工业领域，质量控制都是一个非常重要的部分。而在航空领域，航电产品供货商则可能毁了整个方案（参看波音Chinook事件）。如今ISO 9001所颁布的质量标准虽然已被主要工业所采用，而主要的飞机制造商对于他们所交付的文档和硬件还有更为严格的标准。人们经常说飞机不是依靠燃油飞行，而是依靠文档工作来飞行。因为任何一个LRU（一个无线电设备或仪器）都要产生大量的文档。 主要领域如同电子学一样，航空电子学是个庞大的学科，对其简单分类很不容易。下文试图介绍一些感兴趣的领域，由此你可以深入研究它们。 飞机电子系统在任何飞机上，驾驶舱都处于航电系统中最显著的位置。这也是最困难和最有争议的问题。所有可以直接控制飞机安全飞行的系统都可以由飞行员直接控制。那些对飞机安全性很关键的系统也都指向航电系统。 通信系统也许是航电系统中最先出现的，飞机和地面的通信能力从一开始就是至关重要的。远程通信爆发式的增长意味着飞机（民机和军机）必须携带着一大堆的通信设备。其中一小部分提供了关乎乘客安全的空地通信系统。机载通信是由公共地址系统和飞机交互通信提供的。 导航系统本文所关注的导航其含义为如何确定地球表明以上的位置和方向。 在通信系统出现不久，飞行能力就受限于上述这些条件了。从早期开始，为了飞行安全性，人们就开发出导航传感器来帮助飞行员。除了通信设备，飞机上现在又安装了一大堆无线电导航设备。 显示系统航电系统的独立出现是紧随这些功能的集成工作之后的。很早之前，生产商们就努力开发更可靠和更好的系统来显示关键的飞行信息。真正的玻璃驾驶仓是在最近5年才出现的。LCD或者CRT经常会倒退回传统的仪表。 如今，LCD显示的可靠性已足以让“玻璃”显示成为关键备份。但这只是表面因素。显示系统负责检查关键的传感器数据，这些数据能让飞机在严苛的环境里安全的飞行。显示软件是以飞行控制软件同样的要求开发出来的，他们对飞行员同等重要。这些显示系统以多种方式确定高度和方位，并安全方便地将这些数据提供给机组人员。 飞行控制系统多年来，平直翼飞机和直升机的自动控制飞行的方式是不同的。这些自动驾驶系统在大部分时间里（比如巡航或直升机悬停时）减少了飞行员的工作负荷和可能出现的失误。第一个简单的自动驾驶仪用于控制高度及方向，它可以有限地操控一些东西，如发动机推力和机翼舵面。在直升机上，自动稳定仪起同样的作用。直到最近，这些老系统仍自然而然地利用电子机械。 防撞系统为了增强空中交通管制，大型运输机和略小些的使用空中防撞系统 (Traffic Alert and Collision Avoidance System 交通警告及防撞系统)，它可以检测出附近的其他飞机，并提供防止空中相撞的指令。小飞机也许会使用简单一些的空中警告系统，如TPAS，他们以一种被动方式工作，不会主动询问其他飞机的异频雷达收发器信号，也不提供解决冲撞的建议。 为了防止和地面相撞，飞机上安装了诸如近地警告系统(GPWS, Ground Proximity Warning System),这种系统通常含有一个雷达测高计。新的系统使用GPS和地形和障碍物数据库为轻型飞机提供同样的功能。 气象雷达气象系统如气象雷达（典型如商用飞机上的ARINC 708)和闪电探测器对于夜间飞行或者指令指挥飞行非常重要，因为此时飞行员无法看到前方的气象条件。暴雨（雷达可感知）或闪电都意味着强烈的对流和湍流，而气象系统则可以使飞行员绕过这些区域。 在最近，驾驶舱气象系统有了三项最重要的改革。首先，这些设备（尤其是闪电探测器如Stormscope或Strikefinder）已便宜了很多，甚至可以装备在小型飞机上了。其次，除了传统雷达和闪电探测器，通过连接卫星数据，飞行员可以获得远超过机载系统本身能力的雷达气象图像。最后，现代显示系统可以将气象信息和移动地图，地形，交通等信息集成在一个屏幕上，大大方便了飞行。 飞机管理系统飞行管理系统出现在20世纪70年代，在原有的自动导航及通信控制及其他电子系统的技术上发展起来的。柯林斯(Collins)和霍尼韦尔(Honeywell)公司分别在其参与研发的麦道和波音飞机上率先引入集成的飞行管理系统。随着技术的进步，飞行管理系统的重要性不断提高，成为飞机上最重要的人机交互接口。集成了飞飞行控制计算机，导航及性能计算等功能。中央计算机加上显示和飞行控制系统，这三个核心系统使飞机上的所有系统（不仅仅是航电系统）更易于维护，更易于飞行，更安全。 引擎的监控和管理很早就在飞机地面维护方面取得了一定进展。如今这种监控管理已经最终延伸到飞机上的所有系统，并且延长了这些系统和零部件的寿命（同时降低了成本）。集成了健康及使用状况监控系统（HUMS，Health and Usage Monitor Systems）后，飞机管理计算机就可以及时报告那些需要更换的零件。 有了飞机管理计算机或者飞行管理系统，机组人员就再也用不着一张张地图和复杂的公式了。再加上数字飞行公文包，机组人员可以管理到小至每一个铆钉的任何方面。 虽然航电设备制造商提供了飞行管理系统，不过目前还是倾向于由飞机制造商提供飞机管理和健康及使用状况监控系统。因为这些软件依赖于它们装载在何种飞机上。 战术任务系统航空电子的主要发展方向已转向“驾驶舱背后”。军用飞机或者是用来发射武器，或者是变成其他武器系统的眼睛和耳朵。缘于战术需要，大堆的传感器装在军用飞机上。更大的会飞的传感器平台（如E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1)除了飞机管理系统，还会安装任务管理系统。 随着精巧的军用传感器的广泛应用，它们已变得无所不在，甚至已流入军火黑市。警用飞机和电子侦察机如今则携带着更为精密的战术传感器。 军用通信系统民机通信系统为安全飞行提供了骨干支持，而军用通信系统则主要用于适应严酷的战场环境。军用极高频（UHF）, 甚高频(VHF)（30－88Mz）通信和使用ECCM方法的卫星通信，再加上密码学，一起构成了战场上安全的通信环境。数据链系统，如Link 11, 16, 22和BOWMAN, JTRS, 甚至是TETRA提供了数据（如图像，目标信息等）传输方法。 雷达空中雷达是主要的作战传感器之一。它和其地面基站一起，如今已发展得非常复杂。空中雷达最引人注目的一个变化就是可以在超远距离内提供高度信息。这类雷达从早期预警雷达(AEW)，反潜雷达(ASW)，一直到气象雷达(ARINC 708)和近地雷达。 军用雷达有时用来帮助高速喷气飞机低空飞行。虽然民用市场上的气象雷达偶尔也作此用，但都有严格的限制。 声纳声纳是紧随着雷达出现的。好多军用直升机上安装了探水声纳，他们可以保护舰队免遭来自潜艇和水面敌舰的攻击。水上支援飞机可以释放主动或被动式声纳浮标，他们也用以确定敌方潜水艇的位置。 光电系统光电系统覆盖的设备范围很广，其中包括前视红外系统（Forward Looking Infrared）和被动式红外设备 （Passive Infrared Device, PIDS）。这些设备都可以给机组提供红外图像。这些图像可以获得更好的目标分辨率，从而用于一切搜救活动。 电子预警电子支援（ESM, Electronic Support Measure)以及防御支援(DAS, Defensive Aids)常用于搜集威胁物或潜在威胁物的信息。它们最终用于发射武器（有时是自动发射）直接攻击敌机。他们有时也用以确认威胁物的状态，甚至是辨识它们。 机载网络不管是军用的，商用的，还是民用先进机型的电子系统都是通过航空电子总线相互连接起来的。这些网络在功能上和家用电脑网络十分相似，然而在通讯和电子协议上区别很大。下面简要列出最常见的航空电子总线协议及其主要应用： Aircraft Data Network (ADN): 飞机数据网络 AFDX: 商用飞机上 ARINC 664 的特定实现 ARINC 429: 商用飞机 ARINC 664: 参照上述ADN ARINC 629: 商用飞机(波音 777) ARINC 708: 商用飞机上的气象雷达 ARINC 717: 商用飞机上的飞行数据记录仪 MIL-STD-1553: 军用飞机 警用及空中救护警用及空中救护飞机（大部分属直升机）现在已成为一个重要的市场。军机现在也常常用来帮助应对民间的非暴力不合作事件。警用直升机几乎都安装了视频或红外热成像仪，这样就可以追踪嫌疑犯或任何他们感兴趣的东西。警用直升机也安装了探照灯和扩音喇叭，这和警车上的用途是一样的。 很显然，空中救护或急救直升机上需要医疗器械，而这些很少被当作航空电子设备。然而，很多急救和警用直升机需要在一些令人不安的环境中飞行，这就需要更多的传感器，其中一些直到最近还被认为是纯粹的军机设备。 发展过程航空电子设备走过了漫长的发展道路，经历了几次大的变革，每一次变革都使飞机的性能获得提高，并且进一步推动航空电子技术的发展。在航空电子系统发展中系统结构不断演变，因此航空电子系统的“结构”成为划时代的主要依据。 早期的航空电子系统为分立式结构，系统由许多“独立的”子系统组成，每个子系统必须依赖于驾驶员的操作(输入)，驾驶员不断从各子系统接收信息，保持对武器系统及外界态势的了解，五十年代的战斗机F-100、F-101等使用了典型的分立式结构。 混合式结构是向综合化过渡的一种结构形态，它出现了部分子系统之间的综合，例如火控计算机、平显、火控雷达等之间的综合；大气数据计算机、高度表、空速表、垂直速度表、攻击传感器、大气温度传感器的组合；飞行指引计算机、航恣系统、塔康等结合。各分系统通过广播式数据传输总线(如ARINC429)连接。联合式结构(也称综合化结构)是美国DAIS研究计划的主要成果，它通过1553总线将大多数航空电子分系统交联起来，实现信息的统一调度。这一时期的另一重要特点是电子技术开始应用于飞行的关键部位，如飞行控制及地形跟随，同时，传感器和分系统的能力不断增加，如雷达的能力、红外传感器、激光测距、电子战设备等。美国现役战斗机都使用这种结构，如F-16C/D、F/A-18、F-15E等。这种结构在美国等国已成为成熟技术，很多飞机的改型、更新大多采用这种系统。 新一代航空电子系统结构(即更高程度的综合化结构)是以美国“宝石柱(Pave Pillar)”计划为基础建立起来的结构概念。该计划完成于八十年代，实现“宝石柱”系统结构的第一架战斗机是美国的F-22战斗机，RAH-66轻型攻击/侦察直升机也使用了这种结构，各分系统间以1553和HSDB(高速数据总线)相连接。 继“宝石柱”计划后，美国正在推行“宝石台”(Pave Pale)计划，在纵深方向上继续推行综合化。一方面，系统中实现了各系统处理功能的综合(通用处理模块、动态重构)并进而实现传感器功能及信号处理功能的综合化；另一方面，综合化的范围也在扩展。包括了以前相对独立的飞行控制、发动机控制、通用设备控制，形成了飞机管理系统的概念，这种结构将应用于二十一世纪的美国军用飞机。 新一代系统的特点几十年来，航空电子系统经历了分立式、混合式、联合式向综合化、高度综合化方向发展。综合化的航空电子系统不仅实现了机上的信息综合，而且能够有效地综合C3I和预警机发送的信息，由此可以满足现代和未来战争的需求。现以美国的“宝石柱”结构、F-22、“宝石台”计划为例，综述新一代航空电子系统的特点。 功能区分在功能划分上，新一代系统已明显从纵向划分过渡到横向划分，提出了功能区分的概念。功能区分是整个系统中功能特性相近、任务关联密切的部分，在同一功能区中可以实现资源共享，容易互为余度而实现动态的重构及容错。“宝石柱”结构将系统分为任务管理区、传感器管理区、飞机管理区。任务管理区由任务数据处理机、任务航空电子多路传输总线、块多路传输总线、系统大容量存储器、武器管理系统和任务航空电子总线接口组成。该区的功能为：任务计算与管理(如火力控制、目标截获、导航管理、防御管理、外挂管理、地形跟随(TE)/地形回避(TA)/障碍回避(OA)、座舱管理、与其它两个功能区交联等)。传感器管理包括通用信号处理机、传感器数据分配网络、数据交换网络、视频数据分配网络、传感器控制网络组成。该区的功能为：传感器数据分配、传感器信号处理、处理后信号的分发、传感器控制。飞机管理区是由飞行控制、发动机控制、推力矢量控制、通用设备控制等几部分功能综合而形成，又称为飞机管理系统(VMS)，其功能为支援与控制功能有关的飞机的飞行。 深广发展新一代系统的第二个特点是综合化进一步向深、广方向发展。“宝石柱”结构虽然提出了信号处理通用模块及相应处理群集器的一般结构，但“宝石柱”实验室演示系统和F-22的综合化深度只达到数据处理资源一级，而“宝石台”计划的任务之一就是试图进一步在传感器信号处理及传感器天线孔位上实现综合，在信号处理群集器中使用通用信号处理模块。另一方面，飞机管理系统(VMS)本身就是综合化向更广范围发展的例证，传统的飞控系统是相对独立的分系统(四余度系统)，且一般不和通用设备等有关系。VMS使多种功能综合起来，并置于整个系统的管理之下，综合化的范围实际上已覆盖每个功能。 LRM登场新一代系统的第三个特点是以外场可更换模块(LRM)代替了外场可更换单元(LRU)为基础构成综合航空电子系统。LRM是形成新一代系统其它特点的基础，例如动态重构、二级维修概念都是在LRM基础上进行的。LRM是系统安装结构上和功能上相对独立的单元，故障定位可以达到LRM一级，通过更换LRM而排除故障。LRM、智能化的机内自检、二级维修体制是构成新一代系统维修概念的要素，使维修成本大大降低。 资源共享新一代系统的第四个特点是在LRM一级上实现硬件资源共享和硬件余度。通过动态的程序加载，根据任务需要动态地组织LRM硬件，出现故障后则可进行动态重构，使系统继续维持原有功能，即达到容错的目的。这种动态的管理及调度原则和以前的系统大不相同，以前的系统基本上是“固定的”，而新一代系统则是“灵活的”，是根据实时的需要动态地完成配置或重构，这样的系统不仅实现了容错，推迟了必须进行修理的时间，而且达到资源共享，提高了资源利用率。“宝石柱”结构和F-22系统都实现了这种动态调度的思想，例如任务数据处理机和F-22的CIP(通用综合处理机)都是处理群集器，包括多块数据处理机通用LRM。 智能化新一代系统第五个特点是向智能化发展。当代的航空电子系统只能将各种数据提供给驾驶员，或者经过处理后给出引导性的指示信号，有时变换成易理解的直观图示方式，但最终的判定、决断要驾驶员给出，美国正在研制的驾驶员助手系统(即专家系统)可以完成收集数据、推理和判断并做出决断，可以直接给出控制指令，也可以向驾驶员提出处理建议，由驾驶员决断及实施控制。神经网络的研究也取得很大进展，应用到机载后可以使航空电子系统具有自学习和自适应能力，人工智能的方法可以在航空电子系统中找到很多应用，例如目标的识别、分类；电子战信息分析、威胁制定；突防路线的实时建立；攻击目标优先级分类；武器选择；智能人机接口；本机完好情况监视及应急处理等。智能化系统使驾驶员从过量的任务负担中解脱出来，集中精力于高层次的判断，并可避免人脑在某些方面的能力不足。F-22战斗机及RAH-66轻型攻击/侦察直升机后期的生产型都准备选用驾驶员助手系统。 新一代系统的技术新一代航空电子系统不仅引进了新的思想、新的概念；而且要有新器件、新技术、新开发的工具来支持。与新一代航空电子系统直接相关的许多技术领域必须取得进展才能支持新一代航空电子系统的实现。现将新一代航空电子系统主要关键技术及其作用综述如下。 通用模块技术是系统综合及更高程度综合的基础，整个航空电子系统实现模块化的结构，不仅能适应航空电子系统的各种应用，而且系统发生故障时便于检测和重构。通用模块由VHSIC芯片集构成，并包括完成接口控制和健康诊断等全部数字处理组合后可构成任何一种功能的航空电子系统，同时采用通用模块后，不仅使机上的电缆连接器减少90%，取消了中间维修，维修成本大大降低，而且MTBF提高了近4倍。 高速多路传输总线技术是新一代航空电子系统的关键技术之一。航空电子综合系统的实现主要取决于更通用的数据传输机制，并要求数据总线具有高度的分布式处理能力和高吞吐率。此外，数据总线本身还应具有抗各种干扰的能力，从而提高其在恶劣环境中的生存能力和安全性。高速数据总线采用定向式数据分配方法，而不是1553B总线的中央控制方法。在“宝石柱”结构中，HSDB至少在任务航空电子总线、局部传输总线和飞机系统管理总线三个性质不同的应用范围内使用。 软件技术是航空电子综合系统的基础和核心，八十年代初，由于MIL-STD-1750A、1589C和1553B军标的相继制定，美国军方多年来推行数字化航空电子综合系统的成果已经展现，代表了军用计算机软、硬件及总线的发展方向，但是，现代航空电子系统已从电子机械密集型向软件密集型过渡，因此对软件的需求量越来越大，约4～5年增长一倍，而目前的软件生产能力(以生产代码的有效行计算)每年仅增长3%～4%，远不能达到作战环境对航空电子系统的要求。软件规模的增长是航空电子系统成本在飞机中所占比例不断增大的主要原因之一。航空电子系统费用不断增加的另一个重要因素是软件的非通用化，因此开发可重用的通用软件将有助于提高软件生产效率。 “宝石柱”航空电子综合系统的所有任务软件都用Ada语言编写，并由VAMP执行。系统软件采用容错操作系统。VAMP任务软件由Ada操作系统和在实时多任务及多处理机群集配置中工作的应用模块组成。Ada操作系统由系统执行、核心执行和分布执行三部分执行软件组成。软件功能的综合方法是通过单一的VAMP群集布局到“宝石柱”四个VAMP群集布局的试验和论证得出的。 数据融合技术是当今传感器数据处理的发展方向，“宝石柱”计划中已将数据融合列为关键技术之一。所谓数据融合就是根据多种信息资源进行检测、互连、相关、估计、信息与数据联系的多层次、多界面的信息处理，从而获取精确的有关状态和属性的估计，获取完整的实时态势及威胁程度评估的方法和手段。通过多传感器的智能化综合配置获取更丰富、更精确和高质量的目标相关信息，就是数据融合技术。数据融合技术以数据融合算法为核心，要在航空电子系统中使它的功能模型工程化，必须完善大量的辅助功能，例如：传感器管理、数据库管理、人机接口和通信软件等。实现这些功能将占用大部分的软件，而真正用于融合算法的软件还不足20%。 通过传感器的数据融合可以带来如下特殊效益：(1)扩大时空覆盖范围；(2)增加置信度；(3)减少模糊性；(4)提高空间分辨力；(5)改善系统可靠性；(6)增加“电磁谱”的侦察范围，可在“全景”电子战环境中执行有源和无源探测任务。 仿真技术是航空电子综合系统的一项重要试验技术，它是以计算机硬件及相应的软件为基础，以现代控制论与相似原理为方法，借助系统模型对设想的和真实的系统进行解析或半实物混合仿真试验研究的一门综合性新兴技术。航空电子综合系统仿真是用一个具有显示/控制器的飞机座舱，通过显示/控制航空电子系统相互作用的动态过程，开发人机闭环特性的研究。航空电子综合系统的研制离不开仿真，它不仅可以实时发现问题，及时解决问题，而且缩短了研制周期和试飞时间，节省了费用。 作战飞机对航空电子系统的功能和性能都有极高的要求，若要满足这些要求，就必须采用集通用模块、人工智能、Ada语言、数据融合、高速数据总线技术等为一身的新一代航空电子综合系统，通过高度综合，最有效的利用各子系统的信息资源。 |
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