什么是“航电系统”

综合航空电子系统（下称综合航电系统）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。 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。 一、航空电子综合化技术向深度和广度发展 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。 将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。 二、进一步开展开放式综合航电系统结构的研究与应用 开放式系统结构是由开放系统接口标准定义的一个结构框架，它的优点是：便于构成分布式系统；便于不同厂家生产的、不同型号的计算机或其他硬件之间的互连、互通和互操作；也便于硬件、软件的移植；便于系统功能的增强和扩充。此外，开放式系统结构还支持系统可变规模，有利于缩短研制开发周期。在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本。其原因是它增加了可重新使用机会，更有可能使用商用货架产品（COTS）技术，还能快速建立系统模型。采用该结构后，就能较好地解决系统的功能扩充、修改，及元器件的更新换代。 美国空军把应用军用技术和商用技术实现系统从传统的封闭式结构向经济上可承受的、灵活的开放式结构转变视为当前一项挑战。这是因为开放式系统结构由民用向军用推广存在着争论，主要是由于标准和最佳性能不能兼顾，一些领域还不能完全满足军事上的需要，这就要求制订和贯彻各种标准接口，使不同的产品研制、生产单位都要遵循公开一致的标准和规范。此外，开放式系统结构不仅涉及硬件，也涉及软件。软件开放系统、软件可重复使用、软件可变规模与硬件的开放性同样重要，也是降低系统寿命周期费用、缩短研制开发周期的重要措施。因此，新一代综合航电系统的软件包括操作系统、应用程序、数据库、网络、人机界面等应遵循统一的系列标准、规范研制开发，软件的可重用、标准化、智能化、可移植性、质量、可靠性等都应列入表征软件技术的特征参数之中。 因此，今后十年，开放式工业标准向军用过渡趋势会更加明显，开放式系统结构向军事上应用的转移不可逆转。 图1所示是美国洛克希德·马丁公司推出的JSF综合航电系统的开放式系统结构。 三、广泛采用COTS技术 未来十年，COTS技术的应用研究将进一步加强。 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，在新一代综合航电系统中将会更加强调采用COTS技术。COTS技术具有如下特点：显著减少专用器件、专用组件或模块、专用软件等的数量，从而降低科研生产成本；采用通用的、开放的技术标准，兼容性好；技术先进，符合技术发展潮流；具有良好的技术支持，便于扩充和升级，产品更新换代快；可以直接在商品货架上采购，供货渠道有保障；采购费用低廉；研制、生产周期短；产品维修和后勤保障较为方便，维修保障费用低；无须投入专项科研经费等。 在综合航电系统结构中采用COTS技术的主要目的还是降低成本。如JSF的综合核心处理机（ICP）将广泛采用COTS互连装置。预计处理机的能力要比F—22的高一个数量级，但成本只有后者的几分之一。此外，在开放式系统结构支持下，更新周期很短的商用产品，采用公开一致的民用标准，使其易于更新、易于发展、易于采用新技术。 四、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。 五、战斗机传感器进一步综合化 先进战斗机传感器的综合化趋势发展极为迅速。从本世纪初将要服役的F—22和JSF等第四代战斗机传感器来看，机上传感器实现全部综合化已近在咫尺。 由于新一代航电系统传感器的种类、数量、复杂性及数据量的增加，超出了驾驶员有效使用和管理传感器的能力，从而使传感器的综合成为一个突出的课题。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。 美国空军F－22战机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。而“宝石台”计划主要是要解决传感器区的综合问题。雷达舱内的设备已不是传统意义上的雷达，而是集雷达、CNI、EW、敌我识别（IFF）、无线电高度表、导弹制导数据链等功能于一体的综合射频系统。该计划提出用13个天线提供所有CNI／EW／雷达所需的功能。光电传感器的孔径也要综合，前视红外、红外搜索跟踪系统、导弹告警功能的综合，实现分布孔径红外系统（DAIRS）。传感器的信号处理和数据处理部分也要实现综合，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，然后通过统一航空电子网络，连接到综合核心处理机（CIP），在CIP中进行数据融合。对传感器的控制和功率管理也可通过这个通道完成。传感器区的充分综合将是一个很大的进步，在上述的各方面都将获得极大的收益。 将于2010～2040年陆续装备美国空军、海军及其盟国部队的JSF战斗攻击机的传感器系统将打破未来战斗机所需的雷达、电子战和其他关键功能的界线（见图2）。这意味着，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。而且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。若2架或4架JSF在一起工作时，其能力远比同等数量的飞机单独工作要强。当陷入困境时，单架JSF也具有完成任务和自我生存的能力。

你开过车么？比如说方向盘，你只要稍微打方向盘，它就有加力自己往那个方向转，不是机械的。飞机飞的那么快，比如尾翼要旋转，要上下翻，要左右摆，凭着飞行员的那点力气去拧，肯定拧不动。现在飞机在飞行状态下要改变飞行状态或者是控制其各种姿态，就是通过一个综合的航电系统来控制。飞行员其实是通过给航电系统发指令，来控制飞机的。他是飞机的各种机械部件与飞行员之间的一个过渡系统，飞行员的意志要通过航电系统来实现，航电系统通过接受飞行员的指令然后自动调整各种飞行姿态，比如尾翼提高多少度，边条翼上下翻多少度，从而实现飞行员想要的飞行姿态控制，这当然比机械化操作快的多，因为这往往是一瞬间就能完成的，比如飞行员想翻滚想倒飞，只要给航电系统下达相关的指令，飞机就会自动响应的了。先进不？当然，飞行员实现指令输入主要就是通过一根操纵杆和一系列按钮，像玩游戏机一样。我全是手打的呀！

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