第30卷 第10期航 空 学 报
Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009
收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218
基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程
大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003)
通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com
文章编号:100026893(2009)1021912206
综合模块化航空电子系统软件体系结构综述
褚文奎,张凤鸣,樊晓光
(空军工程大学工程学院,陕西西安 710038)
Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic Systems
Chu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang
(Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China )
摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动
IMA 产生和发展的主要因素。总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件
体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。
关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:A
Abstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering
军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代
战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。
F 222的航电综合了硬件资源,重新划分了任务功能,标志着战机的航电结构正式演变为综合式。在此基础上,F 235将航电硬件综合推进到传感器一级,并用统一航电网络取代F 222中的多种数据总线,航电综合化程度进一步提高[1]。
与此同时,航电软件化的概念逐渐凸现。F 222上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F 235中,这一数字刷新为800多万行。这表明,软件已经成为航电开发和实现现代化的重要手段[2]
。
航电综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织航电上的软件,使之既能够减少生
命周期费用(Life Cycle Co st ,L CC )和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强航电软件的复用性和经济可负担性。此即是航电软件体系结构研究的主要内容。
1 综合模块化航空电子
111 综合模块化航空电子理念
综合模块化航空电子(Integrated Modular Avi 2onics ,IMA )(注:该结构在国内一般称为综合航
电)是目前航电结构发展的最高层次,旨在降低飞机LCC 、提高航电功能和性能以及解决软件升级、硬件老化等问题。与联合式航电“各子系统软硬件专用、功能独立”的理念不同,IMA 本质上是一个高度开放的分布式实时计算系统,致力于支持不同关键级别的航电任务程序[3]。其理念概括如下:
(1)系统综合化。IMA 最大限度地推进系
统综合,形成硬件核心处理平台、射频传感器共享;高度融合各种传感器信息,结果为多个应用程
第10期褚文奎等:综合模块化航空电子系统软件体系结构综述
序复用;系统能够统一控制、调度和显示,并能辅助飞行员进行战术决策和系统管理。
(2)结构层次化。IMA通过各类标准接口隔离应用程序与底层硬件实现,使得应用程序只与飞机功能有关而与硬件实现无关,系统无需变更硬件即可载入新的应用程序,增强了软件的可移植性。同时,更换硬件构件不影响应用程序,有利于解决硬件老化问题。
(3)功能软件化。为减少配置子系统个数,节省飞机重量、空间和成本,提升资源利用率,并为后续扩展预留空间,IMA越来越多地利用软件取代硬件实现航电功能。
(4)网络统一化。IMA统一了航电网络,改变了联合式结构中多种数据总线并存的格局,有利于降低成本、减轻系统重量、提高数据传送速度。
(5)产品商用化。IMA结构中的软硬件尽可能采用商用货架[4](Commercial Off2The2 Shelf,CO TS)产品,推进产品的标准化、模块化,有利于产品移植和降低系统L CC。
(6)调度灵活化。IMA将应用程序进行细粒度划分,采用周期轮转和/或优先级抢占调度策略确保每个应用程序或安全关键程序的截止期限得到满足。
(7)认证累计化。IMA强调可负担性,引入安全累计认证思想。当需要更换或新增某个硬件或软件构件时,只需对此构件进行安全认证即可,无需重新认证整个系统的安全性,有助于减少认证代价。
(8)维护中央化。IMA引入航电中央维护思想,机上故障预测与健康监控系统与地面维护中心实时连接,形成中央维护系统。战机远离维修场站时,中央维护系统机上部分能够动态重构航电,持续保持航电功能和性能,机下部分便于视情况维护。
112 推动IMA产生和发展的主要因素
纵观航电结构发展历程,推动IMA产生和发展的因素主要有3个:
(1)技术发展。微电子、高性能计算机、半导体、信号处理、软件工程、虚拟仿真等技术在航电领域中的应用,推动了航电向单元模块的细粒度、设备的集约化、体系结构的开放性、系统的高性能等方向发展,为IMA的产生提供了先决技术条件。
(2)性能需求。20世纪80年代之后,新军事革命思想和复杂环境下的现代战争对战机的任务性能和操作性能提出了越来越高的要求,比如超视距、全天候、全向多目标作战等。这些性能需求为IMA发展指明了目标和方向。
(3)经济压力。战机任务性能和操作性能等需求的不断增加,造成飞机LCC日益增长,与减少国防经费开支的理念相悖。因而突破既有航电格局,增强软件的复用性、硬件的快速可升级性,从根本上减轻经济负担,是对IMA发展的重要约束。
本质上,三者是辩证统一的。相关技术在航电中的应用推动了IMA的产生和发展,为IMA 实现性能需求、满足约束条件提供了技术支撑。提高战机性能、降低L CC既依赖于相关技术,又能牵引新技术的发展。
2 IMA软件体系结构
软件体系结构是系统初始设计决策的形式化描述,是对系统的整体抽象和把握[5]。软件体系结构技术致力于结构复用、构件复用,相比面向对象技术致力于代码复用而言,复用程度更高。
较之一般应用软件,航电软件有以下特点:①绝大多数航电软件有实时性要求,需要能及时、正确响应外部发生的随机事件[6]。②航电是一个安全关键系统[3]。航电软件的安全性、可靠性关系到整个飞机的安危。③航电软件是一个复杂的系统。电子战、CN I、光电等任务程序共享硬件资源和信息,难以割离其间相互影响。
理想的IMA软件体系结构应既能贯彻IMA 的理念,又能体现航电软件的特点。目前,航空、航天领域产生了4种典型的IMA软件体系结构,分别是ARINC653,ASAAC,GOA以及F222通用综合处理机(Common Integrated Processor, CIP)上的软件体系结构。
211 ARINC653软件体系结构
早期ARINC653规范[7]提出的IMA软件结构如图1中实线部分所示。严格来说,它只是制定了操作系统层和应用软件层之间的标准接口(A PEX),离体系结构的层面相去甚远。但它引入了程序分区的思想,通过将应用程序分为若干个区,每个分区分配指定的内存空间和CPU时间槽,将失效约束在分区内部,实现分区的“互不干扰”,一定程度上增强了系统的安全性和可预测性。在应用程序分区基础上,修订的A RINC 653[8]增加了系统分区,如图1中虚线部分所示,以应对可能出现的系统问题,比如外部事件、系统故障等。
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航 空 学 报第30卷
图1 ARINC653IMA软件体系结构
Fig11 ARINC653IMA software architecture
目前,基于A RINC653软件体系结构实现的
航电操作系统有Integrity2178B,Multicomp uting
OS,L ynxOS2178B,CsL EOS,VxWorks A E653
等,分别应用在F235,B767,C2130,S292等飞机
上[1,9]。这些应用案例表明,ARINC653不仅支
持民用航电[3],也能用于军用航电,尤其是当
IMA系统的开放性进一步提高时,CO TS产品在
军用航电中的应用空间将会更广。
212 ASAAC软件体系结构
相比ARINC653软件体系结构而言,航电体
系结构标准联合会(Allied Standards Avionics Ar2
chitecture Council,ASAAC)提出的IMA软件体系
结构[10]更符合体系结构范畴,如图2所示。
ASAAC采用层次化结构,将软件系统划分为应用
程序层、操作系统层和模块支持层,层与层之间采
用APOS,MOS等标准接口,以隐藏具体实现。
图2 ASAAC IMA软件体系结构
Fig12 ASAAC IMA software architecture
对比图1和图2可见,两种结构趋于一致,在
操作系统层都实现了一个实时操作系统和一个负
责处理系统事务的系统管理器(System Manager,
SM)。不同之处在于:①ASAAC结构中程序细分
成进程而不是分区,采用基于优先级的抢占调度策
略。②ASAAC调度控制、通信端口、配置管理以及
健康管理都是由运行时蓝图而不是由APEX API
进行控制的。③ASAAC将ARINC653中的操作
系统进一步细分成:模块支持层,等效于CO2EX;
通用系统管理器,用于健康监控;运行时蓝图,管理
预先定义的系统配置数据文件;操作系统层,管理
整个系统,负责响应应用程序的请求。
2005年英国国防部将ASAAC软件体系结
构采纳为暂行防务标准(DS00274)。不过由于其
技术较新、标准化程度较高、实现难度较大,目前
还没有成功的工程化应用案例。
213 G OA软件体系结构
通用开放式体系结构(Generic Open Archi2
tect ure,GOA)以美国国家航空航天局(NASA)
航天通用开放式航电结构为基础,能够根据具体
应用领域进行实例化改造。
类似于ASAAC,G OA也采用结构分层思想,
将软件系统分为应用软件层、系统服务层和资源访
问服务层,如图3所示。不同之处在于,G OA更倾
向于采用开放式标准,比如POSIX、开放式系统互
联(Open System Interconnection,OSI)等。为此,
它显性地将接口分为4类逻辑接口和5类直接接
口(图3中“D”表示直接接口,“3X”表示第3级扩
展接口)。逻辑接口定义了交换信息的内容,而直
图3 G OA IMA软件体系结构
Fig13 G OA IMA software architecture 4191
第10期褚文奎等:综合模块化航空电子系统软件体系结构综述 接接口则提供了完成数据转移的服务。有关接口的详细信息请参见文献[11]。214 F 222CIP 软件体系结构
F 222的CIP 具有典型的IMA 特征,其软件
体系结构如图4所示。CIP 的操作系统层由航电操作系统(Avionics Operating System ,AOS )和航电系统管理器(Avionics System Manager ,ASM )组成。AOS 提供系统服务,支持多个Ada 程序共享数据或图像处理部件(Data/Grap hics Processing Element ,DPE/GPE )资源[12213]。
图4 F 222CIP 软件体系结构
Fig 14 F 222CIP software architecture
ASM 由一些Ada 程序和可连接的接口层组
成,如图5所示。ASM 分布式程序(ASMD )负责与其他DPE/GPE 上的ASM 部件进行协同互联,ASM 文件管理器(ASMFM )负责管理数据传输部件和海量存储器,ASM 系统控制器(ASMSC )负责系统管理和故障管理,ASM 连接程序(ASML )连接到具体应用程序,为ASM 函数提供所需的API 。
图5 ASM 接口示意
Fig 15 Illustration of ASM interfaces
对比F 222CIP 软件结构与ASAAC 软件结
构可知,二者在操作系统层都实现了一个SM ,用以健康监控、故障管理、配置管理等。不过,前者
没有实现运行时蓝图,系统若动态重构,需要重新计算可获取的资源,再选择替代方案,而后者可从运行时蓝图中直接查表获取重构机制。
3 讨 论
通过分析A RINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222CIP 上的软件结构,认为:
(1)层次化结构是解决IMA 复杂性的一条有效途径。为了克服软硬件专属的弊端,增强软件的复用性,上述4种结构都抽象出管理软件层,负责管理应用软件和系统功能,实现硬件资源的综合共享。在层次化体系结构理念的支撑下,IMA 等复杂系统的软件基本上可以分为应用软
件层、操作系统层和硬件模块支持程序层。
(2)标准接口是IMA 层次化结构探讨的重要内容之一。采用标准接口,开发功能程序时不必过多地考虑底层硬件实现,同时能增加系统的开放性,便于复用应用软件、更换硬件产品,从而有助于降低系统L CC ,减小开发难度。
上述4种软件体系结构中,前三者都显性地定义了相邻软件层级之间的直接接口,而F 222CIP 上的软件体系结构通过ASML 隐性地为应用程序提供了接口。此外,A RINC 653没有定义同一软件层级之间的逻辑接口,从而不具备ASAAC 和GOA 的多模块容错功能,这是其缺陷之一。总之,不管采用哪种软件体系结构,一般都需要定义应用软件层与操作系统层之间的接口以及操作系统层与硬件模块支持程序层之间的接口。
(3)操作系统层是确保IMA 系统安全可靠的根本,既需要管理应用程序,又需要管理系统,提供可能的健康监控、故障处理等措施。在这一点上,ASAAC 提出了系统管理机制和运行时蓝图,用于健康监控、故障管理、配置管理和安全管理,策略相对比较完善。A RINC 653目前也正朝着这个方向发展,在操作系统层增加了应对外部事件的系统特殊功能。
出于安全角度(访问权限)和实时性能等考虑,在该层级的实现方式上,4种软件体系结构基本上都采用了实时微内核、内核和内核扩展服务的某种组合结构。
(4)由ARINC 653结构增加处理外部事件的系统特殊功能、ASAAC 结构引入分区技术可知,随着IMA 软件体系结构技术的不断发展和相互借鉴,IMA 软件体系结构将会吸收各结构模型的有益部分,从而日趋一致。这一点已经在中国
5
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的AcoreOS653系统中得到证明:AcoreOS653同时应用了A RINC653的分区技术和ASAAC 的系统管理技术[14215]。
4 问题与建议
开放式、层次化的软件体系结构是对IMA理念的具体贯彻,也是最大程度地实现软件复用、降低航电L CC的根本途径。从20世纪80年代开始至今,IMA结构经过了近30年的发展,相应的软件体系结构研究也取得了若干成果。但到目前为止,实际应用仍不够成熟。总结对IMA软件体系结构的研究,认为存在下述不足:
(1)软件体系结构研究与IMA理念结合得不够紧密。F222的CIP和F235的综合核心处理机(Integrated Core Processor,ICP)所采用的软件体系结构都在操作系统层使用了两种操作系统,分别是SPE OS,AOS和Integrity2178B, Multicomp uting OS,这不仅增加了接口的复杂性,不利于应用软件的复用和硬件产品的升级,同时也增加了系统管理维护的难度。因此,开发并采用统一的既能实时处理信号、又能实时处理数据和图像的CO TS R TOS,将更符合IMA的理念。
(2)缺乏统一的IMA软件体系结构理论模型。尽管针对IMA提出了上述4种软件体系结构,并都采用层次化结构,但却各有侧重点。ARINC653着重于A PEX接口规范的制定上,为此还成立了专门的委员会。GOA的重心也在于4类逻辑接口和5类直接接口上。ASAAC虽然比较完善,提出了系统结构和系统管理技术,但在接口规范方面力度有限。F222的AOS/ASM是一种采用Ada语言的具体实现,而CO TS软件构件基本上要求采用C++编写,因此其复用性不高。由此可见,构建统一的IMA软件体系结构理论模型是必要的,将有助于关键概念的理解和表述,有助于结构的完善和发展,有助于接口规范的制定和实现。
在综合航电技术软件体系结构研究方面,提出以下3点建议:
(1)加快相关国家军用标准的制定。中国目前已经制定了类似于A PEX的G JB5357,但这还不够。为了利用成熟的CO TS R TOS产品和SM 产品,还应制定R TOS与SM之间的接口标准、操作系统层与硬件模块支持程序层之间的接口标准。这些标准制定成功后,既有助于增强系统的开放性,又有助于评选和认证CO TS产品。
(2)全方位考虑系统维护性。由于IMA是一个软件密集型装备,难免出现故障,因此要在设计之初就考虑到可维护性问题,一方面要采用类似于ASAAC提出的系统管理技术,实时监控系统,允许飞行时动态重构,增强飞机的可生存性,另一方面也要考虑与机下维护系统的兼容性,便于地面进行故障诊断并准备可更换硬件构件或制定消除软件故障或错误的方案。
(3)尽早开展安全性研究。IMA软件规模大,不宜于后期测试。且高达70%的IMA软件缺陷是需求和设计阶段引入的[16]。为此,需要改变依赖后期测试确保软件安全的观念,从IMA软件体系结构设计之初至系统交付,分阶段地分析、验证和确认系统的安全性,尽可能消除系统需求、设计上的重大缺陷或错误。对于因利益需要而采取的冒险行为,也要做好防危处理措施。
参 考 文 献
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作者简介:
褚文奎(1980-) 男,博士。主要研究方向:综合航电软件体系结构及安全性、嵌入式系统。
Tel:029*********
E2mail:chuwenkui@1261com
张凤鸣(1963-) 男,教授,博士生导师。主要研究方向:信息系统工程与智能决策、综合航空电子系统等。
樊晓光(1965-) 男,教授,硕士生导师。主要研究方向:综合航空电子系统、航空计算等。
(编辑:张利平,杨冬)
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综合模块化航空电子体系结构研究 张凤鸣, 褚文奎, 樊晓光, 万 明 (空军工程大学工程学院,西安 710038) 摘 要:军用航空电子系统体系结构关系到战机的可靠性、安全性、可用性、生存性、扩展性和维修性等方面。综合模块化航空电子(I M A )是目前机载航空电子系统结构发展的最高阶段,其特征和优势已经在美国四代机上得到充分展现和发挥,为我国四代机综合航电的研制工作提供了参考依据。回顾了机载航空电子体系结构的发展史,分析了推动I M A 体系结构发展的3个主要因素,归纳了I M A 的特点,从信息流处理的角度对I M A 体系结构进行了划分,并研究了适应于I M A 的两种典型的综合航电软件体系结构,指出了发展趋势。最后就我国综合航电体系结构的研究和发展所面临的问题进行了初步探讨。 关键词:综合模块化航空电子;航空电子体系结构;软件体系结构;四代机 中图分类号:V243 文献标志码:A 文章编号:1671-637X (2009)09-0047-05 Research on Arch itecture of I n tegra ted M odul ar Av i on i cs ZHANG Feng m ing, CHU W enkui, F AN Xiaoguang, WAN M ing (Engineering College,A ir Force Engineering University,Xi πan 710038,China ) Abstract:The architecture of avi onic syste m is of great i m portance for reliability,safety,availability,survivability,extensibility and maintainability of the whole aircraft syste m. I ntegrated Modular Avi onics (I M A )is the ne west avi onic architecture,which has been fully used in F 222and F 235with great perfor mances .Devel opment of integrated avi onics in China can get s ome references and experiences fr om I M A and its app licati ons .Based on the evoluti on of avi onics architectures,three maj or fact ors that dr ove the devel opment of I M A are analyzed,and features of I M A are summarized .I M A architecture and its s oft w are architectures are then p resented .The I M A architecture is divided fr om the vie w of infor mati on p r ocessing .T wo of the most typ ical s oft w are architectures used in I M A are compared with each other and the devel opment tendency of s oft w are architecture is discussed .A t last,s ome advices are p resented about how t o research and devel op avi onics architecture in China . Key words:I ntegrated Modular Avi onics (I M A );avi onic architecture;s oft w are architecture; the 4th generati on aircraft 0 引言 如果说发动机是战机的“心脏”,那么军用航空电子系统(简称航电)则是战机的“大脑”或“中枢神经”。它承载了战机绝大多数任务,比如电子战、通信/导航/识别(CN I )等,是决定战机作战效能的重要因素。从这个意义上说,没有先进的航电,就没有先进的战机, 收稿日期:2008-08-31 修回日期:2008-10-21 基金项目:总装预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003) 作者简介:张凤鸣(1963—),男,重庆梁平人,教授,博导,研究方向为综合航电、信息系统工程与智能决策。 也就无法完成现代战争赋予的使命。 综合模块化航空电子(I M A )是当前航电体系结构发展的最高阶段,在国内通常被称为综合航电。随着我国四代机和“大运”等项目的开展,研制相应的综合航电成为一项迫切的任务。本文研究I M A 体系结构的根本目的在于为我国四代机甚至“大运”上的综合航电的研制进行初步的探索。 1 航电体系结构发展历程 20世纪40年代至60年代前期,战机的航电设备 都有专用的传感器、控制器、显示器和模拟计算机。设备之间交联较少,基本上相互独立,不存在中心控制计算机。这是第一代航电结构,称为分立式 [1-2] 、离散 第16卷 第9期2009年9月 电 光 与 控 制Electr onics Op tics &Contr ol Vol .16 No .9 Sep.2009
航空电子系统技术发展趋势 众所周知，作战飞机需要三大技术做为支柱，那就是机载武器系统、飞行系统与航空电子系统。这三大系统之中，航空电子系统是操纵另外两大系统核心组成部分，没有航空电子系统的操纵指挥，另外两大系统也就形同虚设了。笔者以服务军方多年的实践经验浅淡我国的航空事业中的电子系统的技术发展趋势，以供有关技术部门用以参考。 标签：航空电子；航电；系统技术 引言 无论是做战飞机还是民用飞机，其航空电子系统的成本都已经占到了总成本的百分之三十至百分之四十，并且还有逐年扩大的趋势，由此可见，航空电子系统对于一架飞机的重要性。更为重要的是航空电子系统的先进与否已经成为衡量现代飞机的先进性的极为重要的标志之一。西方发达国家不惜巨资投入大规模开展航空电子系统的研发，就是要进一步加强航空电子系统的先进性。做为具有国际视野的航空电子系统工作人员，我们应该看到目前航空电子系统正朝着综合化、模块化、智能化的方向不断地向前飞速发展。 1 电子系统PHM的支撑技术 PHM（aircraft systems diagnostics，Prognostics and Health Managem，即电子系统的预测与健康管理技术）也就是说PHM就是航空电子系统的综合故障管理系统，其主要功能也是其重要性就是故障的早期预测、预警。 1.1 故障诊断技术 提到故障诊断技术，熟悉电脑的人恐怕首先会想起微软的故障诊断技术，微软的故障诊断技术在电脑出现异常时就会时常自动出现，但是却基本上帮不了用户什么忙。但是，与一无是处的微软的所谓的“故障诊断技术”截然不同的是，在航空电子系统中，PHM则是一项非常有效的保障飞行安全的技术。故障诊断技术在显示屏显示、语音提示、体感提示等多种提示提醒技术支撑下通过安装于机电设备不同部位的传感器对整个系统的状态进行实时监测，并与其他相关信息参照，比如某一部件的平均故障时间信息、某一部件的更换维修时间与频率信息等。在实时参照与状态实时监测的基础上进行科学评估，并将评估结果反馈到显示屏、头盔、体感装置上以提醒飞行员对这些信息加以注意。故障诊断技术通常使用解析模型等数学方法融合经验知识法与基于信号的综合处理法对设备的状态进行分析，并抽象出诸出频率、幅值、离散系统、相关曲线、方差等分析结果。对飞行器的早期可能故障加以诊断。 1.2 故障预测技术
第30卷 第10期航 空 学 报 Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009 收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218 基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程 大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003) 通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206 综合模块化航空电子系统软件体系结构综述 褚文奎,张凤鸣,樊晓光 (空军工程大学工程学院,陕西西安 710038) Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic Systems Chu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang (Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China ) 摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动 IMA 产生和发展的主要因素。总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件 体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。 关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:A Abstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代 战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。 F 222的航电综合了硬件资源,重新划分了任务功能,标志着战机的航电结构正式演变为综合式。在此基础上,F 235将航电硬件综合推进到传感器一级,并用统一航电网络取代F 222中的多种数据总线,航电综合化程度进一步提高[1]。 与此同时,航电软件化的概念逐渐凸现。F 222上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F 235中,这一数字刷新为800多万行。这表明,软件已经成为航电开发和实现现代化的重要手段[2] 。 航电综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织航电上的软件,使之既能够减少生 命周期费用(Life Cycle Co st ,L CC )和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强航电软件的复用性和经济可负担性。此即是航电软件体系结构研究的主要内容。 1 综合模块化航空电子 111 综合模块化航空电子理念 综合模块化航空电子(Integrated Modular Avi 2onics ,IMA )(注:该结构在国内一般称为综合航 电)是目前航电结构发展的最高层次,旨在降低飞机LCC 、提高航电功能和性能以及解决软件升级、硬件老化等问题。与联合式航电“各子系统软硬件专用、功能独立”的理念不同,IMA 本质上是一个高度开放的分布式实时计算系统,致力于支持不同关键级别的航电任务程序[3]。其理念概括如下: (1)系统综合化。IMA 最大限度地推进系 统综合,形成硬件核心处理平台、射频传感器共享;高度融合各种传感器信息,结果为多个应用程
F—35系列战斗机综合航空电子系统综述首架F-35A战机进行地面发动机推力试验 通常认为美国F-15和F-16是典型的高低搭配的第三代战斗机，而F-22和F-35则分别是它们的后继机，因此从辈分上讲F-22和F-35 当属第四代战斗机。但从开发时间和进入服役时间看，F-35要远远晚于F-22。经过了近20年的努力，F-22最近才刚刚进入初始作战状态（IOC），而F-35 要到2010年以后才能进入现役。由于电子技术发展迅速，更新换代周期远远短于飞机本身，这就注定了在F-35战斗机上的电子系统要比F-22更先进和具有更高的性价比。 F-35 联合攻击战斗机（JSF）是一种多用途、并能服务于空军、海军和海军陆战队的多兵种作战飞机。他最具特点的进步是开发和采用了高度综合化的航空电子系统，因而，使战斗机具有全新的作战模式。 为了满足21世纪作战需要，战斗机所最需要性能特征是什么？简而言之，就是大量采集飞机内部和飞机外部的各种数据、并对其进行融合处理，形成对战场环境的正确感知，以及实现对飞机和武器系统的智能化控制。 F-35 JSF战机战场态势感知研制F-35的目标是取代 F-16、A-10、F/A-18A/B/C/D、F-14和AV-8B，以及英国的
GR-7和"海鹞"等现役战斗机。美国空军计划采购1763架、海军和海军陆战队680架、英国皇家空军90架和皇家海军60架。F-35 共分三种型别：常规起降型（CTOL）、短距离起飞/垂直降落型（STOVL）和舰载型。这三种型别的航空电子设备的90%以上是通用的。 虽然JSF飞机是由多国开发，但是高水平的探测传感器和电子信息的综合处理则由美国掌控。在任务系统软件控制下的有源相控阵（AESA）将能执行电子战（EW）功能，同时，还将执行部分通信、导航和识别（CNI）的功能。JSF的红外传感器将采用通用设计的红外探测和冷却组件。所有关键电子系统，其中包括综合核心处理机（ICP）大量采用通用模块和商用货架产品（COTS）。在ICP和每个传感器、CNI 系统和各显示器之间的通信采用速度为2Gigabit/s的光纤总线。 在对飞机的作战环境和态势的显示方面，F-35已经取得了突破性的发展。从雷达、光电系统、电子战系统和CNI系统以及从外部信息源（预警机和卫星等）的各种信息通过任务系统软件进行融合，最终通过直觉的大屏幕座舱显示器向飞行员显示。同时，在飞行员的头盔显示器（HMDS）上显示各种投影信息，其中包括红外图像、紧急的战况、飞行和安全信息。 F-35用AESA APG81有源相控阵雷达共有6个分布式
航空航天数据总线技术发展综述（一） 70年代以来，随着微电子、计算机、控制论的发展，使得航空电子系统的 发展更为迅速。1980年美国专门制定了军用1553系列标准和ARINC系列标准，使数据总线更加规范化。目前自动化程度较高的军、民用飞机，如F-16、F-117、幻影2000、空中客机A340等都采用了数据总线技术。数据总线技术在我国航空电子系统设计中已有十几年的设计和使用经验，本文针对具有代表性的总线标准，包括MIL-STD-1553B、ARINC429、MIL-STD-1773、ARINC629、STANAG3910、RS485及CAN总线技术进行介绍。 https://www.doczj.com/doc/4a5186285.html,-STD-1553B MIL-STD-1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线,它 由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下制定,正式公布于1978 年,1986-1993年进行了修改和补充。我国与之对应的标准是GJB289A-97。该总线采用冗余的总线型拓扑结构,传输数据率可达1 Mb/S，足以满足第三代作战飞机的要求。1553B总线系统主要由总线控制器BC和远程终端RT和组成，其字长度20bit，数据有效长度为16bit，半双工传输方法，双冗余故障容错方式，传输媒介为屏蔽双绞线，1553B总线的冗余度设计，提高了子系统和全系统的可靠性。 1553B总线的主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化接口。该总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。在过去的30年中,MIL-STD-1553B已成功地应用于多种战机,并且成功应用于其
它控制领域,如导弹控制、舰船控制等，在海军和陆军的武器和维护系统中已经开始采用1553B总线。 随着国防现代化的建设和武器系统的升级换代，我军也开始将1553B协议大量应用到武器系统的设计中。 2.ARINC429 ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering Committee）于1977年7月发表并获得批准使用的,它的全称是数字式信息传输系统(DITS)。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在民航客机中,如B-737,A310等,俄制军用飞机也选用了类似的技术。我国与之对应的标准是HB6096-SZ-01。ARINC429总线是面向接口型数据传输结构,总线上定义了2种设备,发送设备只能有1个,而接收设备却可以有多个。发送设备与接收设备采用屏蔽双绞线传输信息,传输方式为单向广播式,调制方式采用双极性归零制三态码,传输数据率可达100 Kb/s。ARINC429总线结构简单、性能稳定、抗干扰性强、具有高可靠性等优点。 https://www.doczj.com/doc/4a5186285.html,_STD_1773
简析综合模块化航空电子系统的可靠性 设计 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 1概述 传统的国内外航空电子系统是基于专用硬件和软件开发的，现今许多航空电子系统均成功运行于这种配置上。但自20世纪初，航空电子设备设计的复杂性程度己大大提高，这些专用设备的高额全寿命周期费用渐渐成为航空电子系统设计中一个最大的问题。 伴随着该问题而提出的新一代综合模块化航空电子(IntegratedModularAvionics,IMA)系统在国外开始研制。新的综合模块化航空电子系统通过采用开放式体系结构和标准化以及通用化的设计，大大提高了系统的兼容性、可移植性、可扩展性，并具有较高的可拓展性和可维护性，降低了系统的寿期费用。 目前非常具有代表性的IMA系统标准有欧洲的联合标准化航电系统架构协会(AlliedStandardAvionicsArchitectureCouncil,ASAAC)标准。但是，ASAAC标准侧重于考虑系统的模块化、可扩展性和可维护性，对系统的可靠性考虑不够详细。
而美国航电委员会提出的ARINC653标准却对系统的可靠性有非常好的改进。本文参考这2个标准给出一种融合IMA系统可靠性、模块化、可扩展性设计方法。 2ASAAC系统架构 ASAAC标准从软件结构、机械结构、网络功能、通信功能和通用模块方面对综合模块化的航空电子系统进行了规定，此外还制定了非强制性的系统实现指导方针。 从通用性方面，ASAAC对模块从功能上进行划分，包括数据处理模块、图形处理模块、大规模存储模块、电源转换模块、网络支持模块等，规范对模块的软件架构和硬件组成都作了严格规定，标准化设计为实现资源的重用和系统重构提供了前提条件，同时也提高了系统的可移植性和可维护性。 ASAAC模块软件体系结构分为以下3层： (1)模块支持层(ModuleSupportLayer,MSL)，与MSL底层硬件直接通信，提供硬件自检和时钟管理等功能，并向操作系统层提供统一的接口金属氧化物半导体(MetalOxideSemiconductor,MOS)管，同时MSL通过多处理器链路接口(MultiprocessorLinkInterface,MLI)的信息进行模块间的通信，完成系统引导的功能。 (2)操作系统层(OperatingSystemLayer,OSL)，OSL
航空电子系统技术发展趋势研究 随着航空电子系统技术的复杂化和精细化，航空电子系统和设备的整体性能不断提高和完善，航空电子系统技术成为飞机技术发展中最为迅速的领域。本文分析了航空电子系统结构的发展历程，对航空电子系统技术的发展趋势进行了主要的探讨。 标签：航空电子系统技术；系统结构；发展历程；发展趋势 1 航空电子系统结构的发展历程 航空电子系统走过了漫长的发展道路，至今已经历了四代，每一代系统结构的不断演变，都进一步推动航空电子技术的发展，成为划时代的主要依据。 第一代航空电子系统以分立式结构为主，每个系统均由独立的子系统组成，雷达、通信、导航各自配有专用的传感器、处理器和显示器，并以点对点的连线方式进行连接。 第二代航空电子系统以联合式结构为主，它通过总线将大多数航空电子分系统交联起来，以实现信息的统一调度。同时在信息链路的控制显示环节通常会借助几个数据处理器来实现低带宽的数据传输交换功能的转换。 第三代航空电子系统以综合式结构为主，其系统共用的综合处理机以外场可更换模块的形式安装在两个或两个以上的综合机架上，各模块在结构和功能上是相对独立的单元，通过PI总线和TM总线进行互联，网关和光纤高速总线进行交联。综合式航空电子系统的CIP将各种计算、调度、管理等任务综合起来，并动态地分配给外场可更换模块，当某个模块出现故障时，可通过调用备用模块的方式，或通过对现存完好无损的模块进行重新组合的方式来替代故障模块，以实现系统的重构和容错，降低系统的维修成本，提高系统的性能。 第四代航空电子系统以高度先进的综合航空电子结构为主，其最大特点是在综合航空电子系统结构的基础上采用了统一的航空电子网络，并出现了传感器系统的综合。该航空电子系统统一网络以光开关阵列模块作为传输枢纽，通过光母板和机架间光纤交联到同一综合机架的各模块中，这样既能使任务管理区、传感器管理区、飞机管理区得以连接起来，又能使不同物理位置的模块间的信息传输时间达到一致。传感器系统的综合以实现天线孔径的综合为目标，射频经开关阵列网络连接到变频器上，再通过变频器将其转换为统一的中频，接着通过中频交换网络由接收器、预处理器模块进行处理，最后通过统一的航空电子网络连接到综合核心处理机（CIP），在CIP中使用标准的共用模块进行信号和数据的处理，这样既能保证信息传输的安全性，又能提高系统的容错和重构能力，增强系统的整体性能。 2 航空电子系统技术的发展趋势
电子系统习题 一、航空仪表系统 1、航空仪表的用途？ （1）为飞行员提供驾驶飞机用的各种目视数据；（2）为机载导航设备提供有关的导航输入数据；（3）为机载记录设备提供有关的记录数据；（4）为自动飞行控制系统提供有关的数据。 2、仪表系统分类： （1）按功用分：仪表按功用可分为飞行仪表、导航仪表、发动机仪表和系统状态仪表。（2）按原理分：测量仪表、计算仪表、调节仪表。 3、飞机仪表系统基本组成环节： 飞机仪表系统基本组成环节，概括起来包含感受、转换、传送、计算、放大、执行、指示等7种基本环节。 4、高度的分类和定义： ?绝对高度：从飞机重心到实际海平面（修正的海平面气压平面）的垂直距离； ?相对高度：从飞机到某一指定参考平面（例如机场平面）的垂直距离； ?标准气压高度：以标准海平面（760毫米汞柱高）为基准面，飞机重心到该基 准面的高度； ?真实高度；从飞机到其所在位置正下方地面的垂直距离。 5、气压高度表： 气压高度表是利用皮托管所测量出的静压，根据大气压力与高度的一一对应关系，就可以得出飞机当前的高度。 6、气压高度表的结构： 气压高度表是一个真空膜盒结构（膜盒简单的来说就是一个密封的薄膜盒子，真空膜盒，就是将膜盒内部抽成真空）。高度表在膜盒外面通静压，由于静压随高度升高而越来越小，膜盒由于外界压力下降，会发生形变，越来越鼓涨，这种形变是可以量化
的，并能通过机械结构转化成指针读数的，那么就可以把高度和压力对应起来。7、飞机速度的测量： 飞机速度的测量类似于飞机高度的测量，也是通过皮托探头将气压引入仪表进行计算的，不同的是高度测量只使用了皮托管探得的静压，而空速测量需要使用到全压和静压。 8、名词解释： （1）全压Pt=空气在皮托管里全受阻时，产生的压力，它包括静压Ps和动压Qc；（2）静压Ps=飞机周围静止空气压力。 （3）动压Qc=空气相对物体运动时所具有的动能转化而来的压力。 （4）马赫数M=真空速Vt与本地音速a之比。 （5）真空速Vt：补偿了各种误差后的指示空速IAS。 9、各种空速定义： （1）指示空速（IAS）：空速表根据动压计算的空速，未经任何补偿，也称表速。（2）计算空速（CAS）：补偿了静压源误差后的指示空速。 （3）真空速（TAS）：补偿了由于空气密度和压缩性变化所引起的误差后的计算空速。（4）马赫数的大小只由动压和静压来决定，而与气温无关。 10、马赫数表： 马赫数表是用一个开口膜盒测量动压，而用一个真空膜盒测量静压，经过传动机构使指针指示马赫数的仪表。 11、M数表、空速表区别是什么？ 马赫数表的大小由动压和静压决定，是空速和音速的比值 空速表指示的是飞机与气流的相对速度，大小由动压和气流速度决定 12、T不变，H增高时，M如何变化？ 高度增加，音速下降，马赫数增加Ma=Vt/音速 13、大气数据计算机接收信号：
F—35系列战斗机综合航空电子系统综述 首架F-35A战机进行地面发动机推力试验 通常认为美国F-15和F-16是典型的高低搭配的第 三代战斗机，而F-22和F-35则分别是它们的后继机，因此从辈分上讲F-22和F-35 当属第四代战斗机。但从开发时间和进入服役时间看，F-35要远远晚于F-22。经过了近20年的努力，F-22最近才刚刚进入初始作战状态（IOC），而F-35 要到2010年以后才能进入现役。由于电子技术发展迅速， 更新换代周期远远短于飞机本身，这就注定了在F-35战斗 机上的电子系统要比F-22更先进和具有更高的性价比。 F-35 联合攻击战斗机（JSF）是一种多用途、并能服务 于空军、海军和海军陆战队的多兵种作战飞机。他最具特点的进步是开发和采用了高度综合化的航空电子系统，因而，使战斗机具有全新的作战模式。 为了满足21世纪作战需要，战斗机所最需要性能特征是 什么？简而言之，就是大量采集飞机内部和飞机外部的各种数据、并对其进行融合处理，形成对战场环境的正确感知，以及实现对飞机和武器系统的智能化控制。 F-35 JSF战机战场态势感知研制F-35的目标是取代F-16、A-10、F/A-18A/B/C/D、F-14和AV-8B，以及英国的GR-7和
"海鹞"等现役战斗机。美国空军计划采购1763架、海军和海军陆战队680架、英国皇家空军90架和皇家海军60架。F-35 共分三种型别：常规起降型（CTOL）、短距离起飞/垂直降落型（STOVL）和舰载型。这三种型别的航空电子设备的90%以上是通用的。 虽然JSF飞机是由多国开发，但是高水平的探测传感器和电子信息的综合处理则由美国掌控。在任务系统软件控制下的有源相控阵（AESA）将能执行电子战（EW）功能，同时，还将执行部分通信、导航和识别（CNI）的功能。 JSF的红外传感器将采用通用设计的红外探测和冷却组件。所有关键电子系统，其中包括综合核心处理机（ICP）大量采用通用模块和商用货架产品（COTS）。在ICP和每个传感器、CNI系统和各显示器之间的通信采用速度为2Gigabit/s的光纤总线。 在对飞机的作战环境和态势的显示方面，F-35已经取得了突破性的发展。从雷达、光电系统、电子战系统和CNI系统以及从外部信息源（预警机和卫星等）的各种信息通过任务系统软件进行融合，最终通过直觉的大屏幕座舱显示器向飞行员显示。同时，在飞行员的头盔显示器（HMDS）上显示各种投影信息，其中包括红外图像、紧急的战况、飞行和安全信息。 F-35用AESA APG81有源相控阵雷达共有6个分布式孔径
f35系列战斗机综合航空电子系统综述
F—35系列战斗机综合航空电子系统综述 首架F-35A战机进行地面发动机推力试验 通常认为美国F-15和F-16是典型的高低搭配的第三代战斗机，而F-22和F-35则分别是它们的后继机，因此从辈分上讲F-22和F-35 当属第四代战斗机。但从开发时间和进入服役时间看，F-35要远远晚于F-22。经过了近20年的努力，F-22最近才刚刚进入初始作战状态（IOC），而F-35 要到2010年以后才能进入现役。由于电子技术发展迅速，更新换代周期远远短于飞机本身，这就注定了在F-35战斗机上的电子系统要比F-22更先进和具有更高的性价比。 F-35 联合攻击战斗机（JSF）是一种多用途、并能服务于空军、海军和海军陆战队的多兵种作战飞机。他最具特点的进步是开发和采用了高度综合化的航空电子系统，因而，使战斗机具有全新的作战模式。 为了满足21世纪作战需要，战斗机所最需要性能特征是什么？简而言之，就是大量采集飞机内部和飞机外部的各种数据、并对其进行融合处理，形成对战场环境的正确感知，以及实现对飞机和武器系统的智能化控制。 F-35 JSF战机战场态势感知研制F-35的目标是取代F-16、A-10、F/A-18A/B/C/D、F-14和AV-8B，以及英国的
GR-7和"海鹞"等现役战斗机。美国空军计划采购1763架、海军和海军陆战队680架、英国皇家空军90架和皇家海军60架。F-35 共分三种型别：常规起降型（CTOL）、短距离起飞/垂直降落型（STOVL）和舰载型。这三种型别的航空电子设备的90%以上是通用的。 虽然JSF飞机是由多国开发，但是高水平的探测传感器和电子信息的综合处理则由美国掌控。在任务系统软件控制下的有源相控阵（AESA）将能执行电子战（EW）功能，同时，还将执行部分通信、导航和识别（CNI）的功能。JSF的红外传感器将采用通用设计的红外探测和冷却组件。所有关键电子系统，其中包括综合核心处理机（ICP）大量采用通用模块和商用货架产品（COTS）。在ICP和每个传感器、CNI系统和各显示器之间的通信采用速度为 2Gigabit/s的光纤总线。 在对飞机的作战环境和态势的显示方面，F-35已经取得了突破性的发展。从雷达、光电系统、电子战系统和CNI系统以及从外部信息源（预警机和卫星等）的各种信息通过任务系统软件进行融合，最终通过直觉的大屏幕座舱显示器向飞行员显示。同时，在飞行员的头盔显示器（HMDS）上显示各种投影信息，其中包括红外图像、紧急的战况、飞行和安全信息。
航空电子系统综合试验新思路 王海青 (沈阳飞机设计研究所,沈阳110035) 摘要:航空电子系统的地面综合试验是在仿真器和模拟器的支持下,充分营造飞行和作战的环境,用来暴露系统设计上存在的缺陷,以便于及时改进设计。本文叙述了在电子设备高度综合化的现代飞机上,航空电子系统综合试验的方法,并对试验中的关键技术进行了分析。 关键词:航空电子系统;综合试验;关键技术 A vi onics Syste m Integration T est W ang H a iqi n g (Shenyang A ircra ft Desi g n&Research I nstitute,Shenyang110035,Ch i n a) Abst ract:Av ion i c s syste m integ ration tests are used to verif y and vali d ate an avion ics syste m de-si g n under si m ulated syste m operation cond itions to reveal defic i e nts in the design.Recent advances in av ion ics technolog ies,testm ethods o f an integ rated av ion ics syste m and critica l test techn i g ues are dis-cussed. K ey w ords:av i o nics syste m;i n tegration tes;t cr itical test techn i q ues 随着科学技术的不断发展,航空电子从离散的机载电子设备发展到数据信息传输和显示的综合、数据处理的综合,直至数据融合、传感器综合和天线的综合。航空电子系统综合技术是通过系统软件和网络技术,并采用综合控制显示和数据传输器等基本设备,有选择地把通信、导航、识别、光电探测、电子对抗、火力控制、飞行控制、飞机管理等设备综合成有机的整体,达到系统资源高度共享。各个传感器不需要采用专用的信号与数据处理机,雷达、通信和其他信号的处理由共用的处理机阵列来完成。 新型飞机电子设备突出的优点是雷达、红外搜索和跟踪设备、通信、导航、识别装置、武器分系统、电子战分系统,以及飞机各分系统由信息传递速度高达每秒100万二进制的高速数据总线连接起来。凭借该系统可精确掌握敌机的方位,具有对付敌方先进雷达和几种远射程武器的多种功能。 现代军用飞机要求航空电子综合系统具有很高的可靠性,当某一分系统部件被判定为故障时,就要对其余部件重新分配,以恢复分系统丧失的功能。这种系统结构的高度互联意味着单个电子设备的功能可以相互包容,以便在关键部件发生故障或损坏时,可被完好的部件所替换。被选中的替换部件由一个适当的软件从中心存储器加载,隔离故障部件,整个重构过程是自动地、实时地完成的。由此可见,系统是否具有重构能力和重构能力的程度是新一代航空电子综合系统先进性的主要标志。因此,在航空电子系统地面综合试验时,要使系统的功能得到充分的发挥,以致于系统中存在的问题得以彻底的暴露,有利于及时改进设计,做到缩短试飞周期,加快新机的研制进度。 收稿日期
航空电子系统的组成及特点 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。而航空电子系统也有着只属于自己的特点，这些特点更是随着航空电子的发展而不断变化。 一、航空电子系统的组成 通信系统通信系统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。 飞行控制系统自动驾驶系统在大部分时间里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。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，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。为了防止和地面相撞，飞机上也会安装近地警告系统。 气象雷达气象系统如气象雷达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。 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和被动式红外设备。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。 电子预警电子支援以及防御支援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直接攻击敌机，有时也用以确认威胁物的状态，甚至是辨识它们。 航空电子系统包括了飞机上所有的电子设备，以上列举的不过是一小部分而已。其中还包括飞机管理系统、战术任务系统、军用通信系统、雷达、声纳、机载网络、空中救护等等。 二、航空电子系统的特点 1、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。 2、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。 3、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。 4、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
文章编号:1007-1385(2008)02-0016-05 战斗机综合航空电子系统现状与发展探索 项剑锋景武 (海军驻沈阳地区航空军事代表室,辽宁沈阳110034) 摘要:首先归纳了第三代战斗机与第四代战斗机的综合航空电子系统的系统结构和特点。结 合国外的发展现状以及国内的实际情况。其次,从实现资源与技术共享、强强联合与突破技术难 关、分步发展与分步实施等三个方面提出了我国战斗机航空电子系统的发展构想。 关键词:战斗机;综合航空电子系统; 中图分类号:V243文献标识码:A 随着高新技术的发展,未来的战争将是陆、海、空、天、电五维一体的全方位、大纵深、立体化战争。在这种一体化的现代化战争中,空中力量具有全球到达、速战速决、协同作战、火力强劲、生存率高等显著特点,从而决定了空中力量在夺取制空权、对地攻击、快速反应、夺取/制信息权/等方面具有独特的作用。因此,作战飞机的性能好坏将直接影响到整个战争的质量。而航空电子系统是现代战斗机的一个重要组成部分,其性能和技术水平的高低不仅直接决定和影响着现代战斗机的作战性能,而且是衡量现代战斗机作战性能的三大要素之一。以现代信息技术为核心的综合化航空电子系统已成为提高现代武器装备战斗力的倍增器。可以说,没有高性能的综合航空电子系统,就没有高性能的战斗机。面对国外航空电子技术迅猛发展的严峻形势以及我国国防现代化建设的需要,有必要及时分析和探讨新一代综合航电系统的发展方向、体系结构、功能要求等重大问题,为我国新一代综合航电系统的发展勾画出一幅发展蓝图。鉴于此,本文结合国外的发展状况与国内的实际情况,对我国的战斗机航空电子系统的发展提出了构想。 1第三代战斗机综合航空电子系统的现状 近半个世纪以来,为解决战斗机航电系统中的一系列问题,以美国为首的西方国家开始了漫 收稿日期:2007-12-25 作者简介:项剑锋(1982-),男,吉林辽源人,助工长的航空电子系统综合技术的开发过程。综合航空电子技术发展至今,基本上经历了分散、联合、综合到高度综合这四个阶段。 现代战斗飞机(第三代战斗机、俄第四代战斗机)大多数采用第二代航空电子系统。此系统为联合式结构,使用几个数据处理器完成低带宽的数据传输交换功能,如导航、武器投放、外挂管理、显示、控制等,各单元之间通数字总线交联,资源共享只在信息链后端的控制环节。这种结构主要来源于美国空军莱特实验室于20世纪70年代提出的/数字式航空电子信统0(DA I S)计划,该计划采用机载多路数据传输总线(1553B)技术,简化了设备间的连接关系,减轻了系统的体积和重量,解决了任务处理显示控制的综合问题,对航空电子系统综合化起到了很大的促进作用,使飞机的功能和性能前进了一大步。 图1为典型的第三代战斗机综合航空电子系统结构图 : 图1第三代战斗机综合航空电子系统结构图 图中可以看出,整个航空电子系统围绕航空电子、显示两条双余度总线构成的。系统中每一 2008年4月第25卷第2期 沈阳航空工业学院学报 Journa l o f Shenyang Institute of A e ronautica l Eng ineer i ng A pr.2008 V o.l25N o.2
批准（签名）：任课教员（签名）： 年月日班次上课日期节次上课时数累计时数教学场所无线电 章 (节) 目：第二章航电系统 课题：航电系统 内容提要与质量要求：1、知道航电系统的概念；2、知道航电系统的发展历史和趋势。 重点与难点：航电系统的发展 器材与设备：多媒体教学课件 课前检查 顺序题目学员姓名成绩 1 谈谈对航电系统的认识。 2 3
4 教学方法教学内容时间 课前检查谈谈对航电系统的认识。 答：综合航空电子系统 2' 引言 航电系统 综合航空电子亦称航空电子，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。 2' 一、航电系统的简介 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。 多传感器综合（MSI）的目标是改变目前 各种传感器分立的状态，实现互为补充、互为 2' 教学内容、步骤、方法
教学方法教学内容时间 备份、扬长避短、综合使用各传感器提供的信 息；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。 讲述法 根据PPT上飞机类型进 行讲解 二、航电系统的历史 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。 （一）分立式结构 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。 （二）混合式结构 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 5'