航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势

郝田义

摘 要：随着我国经济发展水平的不断提高，航空电子系统综合技术不断进步与发展，本文将结合航空电子系统综合技术及系统结构发展，探究综合化及模块化定义，分析综合化系统及模块化在大系统结构中的层次关系，最后提出综合化系统发展的策略。

关键词：航空电子系统；综合技术；模块化；系统结构；趋势

中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0091-02

伴随着航空电子系统综合技术快速发展及进步，使得航空电子系统体积及重量不断降低，将民航飞机的整体性能大大提高，减轻了飞行负担。而信息技术在航空航天领域的应用，使得航空电子系统需求不断提升，工作人员对信息有了越来越大的需求，为了全面了解飞行状态及环境，就必须借助机载信息设备实现信息的实时收集及处理、传输等，下面对航空电子系统综合技术发展过程及趋势具体分析。

1 航电综合技术与系统结构发展

1.1 航电综合技术的发展

1.1.1 航电系统综合的系统设计技术

对航空电子系统综合结构选择就是航电系统综合系统设计，对系统操作流程进行分析；硬件及软件功能分工；软件系统结构设计优化；分配系统性能指标；选用子系统及设备。在设计阶段，必须对系统的组成、功能及特点全面分析、了解，综合研究采用互联方法，从而实现航电综合系统设计的最优化。此外，系统设计人员还要对设计方法及系统仿真试验方法改进，通过虚拟仿真提供性能及价格最适合的系統方案；通过仿真试验及时发现系统存在的问题。可以借鉴国外的相关经验及成果，比如，美国有半物理仿真实验室，仿真结果几乎与空中试飞结果一致。由此，系统设计是系统功能优化的前提条件，将对系统使用效果及寿命有着决定作用，需要不断优化及改进设计方法，组建更为优秀的设计团队。

1.1.2 综合核心处理系统（CIP）技术

在F-16联合式航电系统中，需要指定一台系统管理部件，完成系统运行调度、控制及总线管理，而综合核心处理系统就是被指定的部件，发展到F-22以后，CIP中可以完成很多计算、处理、控制及管理功能，因为很多技术开始在CIP中汇集，可以实现对数据的综合处理、完成任务计算、数据融合、导航计算等功能，还可以实现故障监视及检测等。

充分利用共用模块、分布实时操作系统的结构特征、并行处理多机系统能够实现资源的共享，将性能及可靠性大大改善，大大将机载处理能力及计算能力发展要求满足。并在信息密集条件下，可以帮助驾驶员更好的完成任务管理、了解站场形势。

1.1.3 系统软件技术

系统硬件及软件均是重要组成，缺一不可，尤其是系统软件，其功能更加多样，更为重要，主要体现在管理功能、调度及控制功能，这样模块才能形成一个整体。螺旋式软件开发模型是一种新的软件开发模型，螺旋式循环进行各阶段开发工作，比如，初步设计阶段对局部不满意的地方修改，按照软件要求，修改可以循环进行，直到达到满意效果为止。为了使软件成本降低，可尽量对成熟软件使用。软件模块化环境当中，完成各种任务的应用程序及操作系统接口通过应用程序接口（API）实现，可以实现任务间相互调用。开发过程中，需要使用开发工具提供开发支持，创造优化的开发环境，真正实现程序化。

1.1.4 综合控制显示记录技术

人-机工效在航电系统综合的规模不断扩大下开始得到广泛关注，促使系统结构功能开始出现新的变化，即从系统角度对控制器配置，通过使用公共控制器实现与飞行员的交流、联系，进而将对全航空电子系统控制实现，由平视显示器、多功能的显示器共同提供显示信息向飞行员，综合显示集中控制，对飞行员的各种命令集中响应与处理，向飞行员提供各种工作信息或者决策信息依据操作程序与系统运行状况，进而将各种工作信息或者决策信息及时准确的提供给飞行员，将飞行员的工作负担大大减轻。

1.2 系统结构的发展

分立式结构是第一代，有着各自的专用传感器、处理器及显示器对于雷达、通信及导航来说，连接以点对点的形式实现；联合式结构是第二代，形成资源共享在信息链路的最后环节，完成低带宽数据传输及交换使用几个数据处理器便可以完成，通过1553B总线交联在各个单元之间，这是军用飞机普遍采用的结构；综合式航空电子结构是第三代，代表为F-22，这种结构进一步将综合化程度提高了，通过PI及TM总线互连各个模块，并安装在电母板上将各个模块，交联通过光纤高速总线完成；先进的综合航电结构是第四代，以攻击机（JSF）为代表，在第三代基础上使用了统一航空电子网络是主要特点，并与传感器综合使用。具体原理是：确定一个传输枢纽，即光开关阵列模块，可以对同一机架内各个模块交联，通过光母板与机架间光纤，还可以连接传感区域与座舱、外挂管理区域等，真正实现了综合连接。这样一来，信息传输时间达到同一量级对于不同的物理位置模块间信息传输时间来说。

以上四个发展阶段，系统功能日趋增多且变得日趋复杂化，综合化程度逐步提升。系统各项功能通过多种共享资源模块实现，不再区分系统界限，这与最初的分立式系统结构形成了鲜明对比。由此，在软件系统设计研制中，需要对复杂任务进行考虑，对每一个细节进行优化研究，从而将航空电子综合系统总体研究水平提高。

2 综合化与模块化是不同层次及范畴的两个内容

2.1 航电综合系统逐步朝向综合化、通用化及模块化方向发展

航电系统与军用飞机的任务效能联系日趋紧密，并且航电系统总成本增加，将不同军机中航电系统使用的共性找到是当务之急，航电综合系统发展的要求之一就是建立通用软件、硬件应用标准。同时，机械计算能力的不断提升，要求结构框架提升密集信息操作能力。模块化、通用化、综合化的航电综合系统逐渐成为民用航空电子系统及军用航空电子系统的主力军，能否均分费用负担、处理快速变化的技术成为重要考验。

2.2 模块化发展，必然要对系统全局综合考虑

2.2.1 综合化是一个整体概念

航电系统的综合是对所需功能充分考虑然后有效结合到一起的，通过最大限度应用现有资源，实现系统战术、技术指标的一类功能，并不是简单的物理组合，是作为一个“子系统”存在，每一个功能及性能均需要实现综合优化设计。综合化的目的是将飞行使命任务完成，通过电子设备的使用、功能的相互支援，将相关电子设备构成一个有机整体系统。构成方法不同，所产生的系统性能及特点也会存在差异。其中，最为重要的因素是软件，尤其是系统软件，只有将系统软件管理、调度及控制工作做好，才能控制系统、总线及任务，各个设备计模块才能真正融合为一个整体结构。

2.2.2 模块化是综合化物理基础，跟随综合化发展

作为航电系统重要设计原则，综合化及模块化缺一不可，两者也存在密切的关系。模块分为硬模块与软件模块，功能上是相互独立的，同时也是一种先进的安装及封装形式。由此，模块有着独立的功能单元是非常重要的，可以将模块间信息交联情况减少。通过适当形式单元装到机架中以后，模块会成为功能更多样的安装单元，同时也是故障定位、外场更换的最小单元。软件模块也是如此。有此可见，航电系统综合化高级特性不可缺少的物理基础就是模块，模块化必须考虑以下几方面内容。

（1）不能脱离航电系统去研究模块化；可以对模块类型及数量互换；对模块的设计及改装共用；接口与支持。（2）达到某种程度的共用，使模块通过某种标准化技术；将硬件标准化及软件标准化实现，将非关键性效应减少。（3）对缩短开发时间并降低成本提供支持，对模块通用程度与模块集成度研究；研究如何能够减少支持设备数量。（4）对航电系统可靠性提供支持。鉴于模块间或者机箱内部板间接口较多，通常用几百个电气连接，为保证设备运行可靠，需要对设备进行测试，但是模块间隔离问题促使测试问题变得更加复杂，对航电系统可靠性造成威胁。由元器件的集成构成模块化技术，既可以对系统体积及重量减少提供支持，还能对可靠性的提高提供支持。

3 模块化合综合技术共同存在，才能实现系统高度综合

3.1 综合化及模块化具备不同层次技术的前提及内涵

3.1.1 “本机航电系统层”作用及关键技术

通过一系列航电综合技术将本机相关航电系统综合起来是“本机航电系統层”的主要功能，可以由此将可检、可测、可维的综合系统构成，对本机综合作战效能的提高提供支持。研究的关键技术包含以下几种：综合信息传输系统及电子数字网络、新一代航空电子系统综合与仿真技术；机载射频传感器综合技术；多传感信息融合技术及高分辨率三维成像技术等，通过这些技术可以实现协同作战，也可以为通过其他平台合成数据交战提供高速路、抗干扰的数据链，获取共享多机之间的战术资源。

3.1.2 “本机综合核心处理层”关键技术

作为“本机航电系统层”的核心部分，“本机综合核心处理层”包含的关键技术为软、硬模块化技术、并行处理技术及总线接口技术等，通这些技术可以综合处理传感器信号及数据，还能实现数据融合。需要对冷却方式及安装形式改变，从而逐渐朝向开放型、统一型网络接口发展。

3.2 模块及设备简单组合难以做到真正综合

简单的组合模块及设备，难以实现真正综合，需要进行综合技术的深化，包括实现“任务-数据-信号”的综合、“传感器射频”和“光电”的综合、多平台信息综合等。

4 结语

总之，当前航电系统朝向综合化、模块化方向发展，这是我国航电综合系统进步及发展的重要基础，需要始终将模块化作为实现综合化的技术手段，将综合化作为全局，不断对综合化及模块化面临的技术难题进行攻关，同时，需要不断转变航电综合系统研究战略，从借鉴、学习、模仿转变为创新、跨越式发展，并且要做好专业分工、加强各专业间的联合，从而真正打造国际化水平的航空电子系统。

参考文献

[1]郑娟.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].信息通信，2014，（04）：285.

[2]王国庆，谷青范，王淼，张丽花.新一代综合化航空电子系统构架技术研究[J].航空学报，2014，35（06）：1473-1486.

[3]张国全，孙晓敏.综合模块化航空电子系统验证与综合技术研究[J].民用飞机设计与研究，2013，（S2）：79.

[4]张欣，龚诚.浮空器的发展及其对航空电子综合技术的挑战[J].航空电子技术，2011，42（04）：1-5.

[5].航空电子系统综合技术国防科技重点实验室[J].航空科学技术，2010，（02）：2.

[6]何志强.综合化航空电子系统发展历程及重要支撑技术[J].电讯技术，2012，（04）：1-5.

[7]吴建民.军用航空电子技术发展趋势与面临的挑战[A]. 中国航空学会.探索创新交流--中国航空学会青年科技论坛文集[C].中国航空学会：，2010：8.

[8]姚拱元，吴建民，陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术，2011，（01）：1-10+44.