通信技术讲座论文.doc

航空电子技术的发展历史及前景 系别 电子通信工程系专业 通信工程学号 081307214姓名 李瑞芳 航空航天技术为航空航天活动的顺利进行而创立的一系列高级复杂的施工作业程序。它涉及人力资源配置，设备仪器搭配与安装使用等艰深的学术作业。是国家，民族，乃至整个人类发展的高度追求。航空航天电子技术 概述 航空航天电子技术应用于航空工程和航天工程的电子与电磁波理论和技术。在现代航空和航天工程中电子系统是重要的系统之一。航空电子的发展历史当我们跨人21世纪之际，追溯2O世纪军用航空电子技术的发展历程，展望21世纪军用航空电子技术的发展将对未来综合航空电子技术的发展有着十分重要的意义综合航空电子技术发展至今近半个世纪，基本上经历了分散、联合、综合到高度综合四个阶段；航空电子系统结构亦是如此，同样经历了分立式、集中式、集中分布式和资源共享式四个阶段在这几十年中，从事航空电子技术研究和系统开发的工程技术人员都在致力于为未来的军用飞机开发和研制“理想的”综合航空电子系统工作，井取得了显著的成果在综合航空电子技术发展的漫长过程中，美国一直处于领先地位，并有着巨大的技术储备20世纪70年代初的数字式航空电子信息系统(DAIS)计划、80年代中期的“宝石柱”计划和9O年代初的“宝石台宗合航空电子系统计划是三项著名的计划，并被同行们视为航空电子发展史中的里程碑这些计划所研究和开发的系统及技术成果均不同程度地用于新型军用飞机中，最具代表性的就是美国空军的F-22战斗机F-22战斗机的综合航空电子系统采用了“宝石柱”计划的设计思想及研究成果，通过硬件和软件的多重应用实现了系统的通用化；通过把硬件划分成小型的易于替换的基本硬件实现了系统的模块化；通过资源共享、互连和信息融合实现了系统的综合化F-22的综合航空电子系统代表了世界军用航空电子研制的最高水平随着航空电子技术综合程度的不断提高，强大的航空电子系统为作战飞机实现多功能全无候的探测能力、武器投放能力和电子对抗能力提供了保证，已成为现代军用飞机提高作战性能的重要手段与此同时，航空电子系统在飞机上的比重越来越大，其费用也相应增加，例如：F_4飞机的每千克成本是330美元，F_15飞机每千克成本是638美元，而F-22飞机每千克成本高达5435美元由于在军用飞机特别是先进飞机的成本构成中，航空电子成本已占整个成本的30一50，因此导致飞机寿命周期费用大幅度增加，由此*在未来的军用飞机研制计划例如美国的联合攻击机OsF)计划中首次把“经济上可负担得起(afordability)，即经济可承受性”作为飞机必须考虑的重要特性之一。除此之外，由于数字技术、微电子技术计算机技术和信息处理技术日新月异的发展，烧航空电子系统可以实现信息的综合传输、综合处理、综合控制和显示，为航空电子系统综合化提供了基础，由此，推动了军用航空电子技术的发展但是，在整个电子技术领域中军用航空电子技术所面临的形势非常严峻他们的地位发生了很大的变化主要表现在两个方面，其一是纯军用航空电子市场正在萎缩据洛克希德马丁公司统计，1975年美国军方在半导体集成电路上花费7亿美元，约占美国总市场额的六分之一而1995年五角大楼在半导体芯片上付出l1亿美元，但是美国的总市场额已高达1500亿美元，也就是说五角大楼所占份额不足1激烈的市场竞争、有限的利润以及军用相关特殊要求都使芯片制造商把注意力投向其他更高利润的领域其二是军用飞机的航空电子元器件过时问题目前，F-22飞机就面临着此问题的困扰，飞机投人服役还需6年时间，可是系统中所采用的INTEL公司生产的1-9000芯片，已不再生产，原因是INTEL公司撤掉了它的军用生产线据F 2研制办公室统计，F-22飞机投人使用时大约400个元器件有可能不再生产这类同题还将随着防务预算的减少、军机市场的萎缩以及研制和生产时间延长而变得更加严峻。军用航空电子只有顺应潮流才有出路对此，各国军方和研究人员都在积极寻求解决的办法，美、英、法、德等国军方特别是美国空军已认识到，使军用和商用航空电子系统既能经济上可承受又能应付迅速发展变化的技术和系统需求，采用模块化、开放式综合系统结构是关键美国率先提出军用航空电子采用开放式系统结构(OSA)，尽可能采用民用标准和商用成品(COTS)的战路思想目的之一是降低飞机的成本，之二是迎接未来军用电子市场更大的挑战美国90年代中后期开始研制的JSF飞机综合航空电子系统则是采用开放式系统结构和商用成品的范例JSF飞机的综合航空电子系统以F-22飞机的综合航空电子系统结构为起点不仅对数据的处理，而且对传感器的信号处理和射频口径也能进行更为深度的综合它利用“宝石台”计划的成果，采用开放式系统结构和商用成品，利用联合式航空电子系统的最有用特征以及“即插即用”的软件模块，在解决了最大的经济可承受性问题的同时，其综合程度比F-22飞机又前进了一大步2 开放式系统结构“开放式系统”本是计算机学科术语，系指遵循公开标准的计算机系统美国国防部防务采办术语和缩略语1997年版中定义：“开放式系统是执行接口、服务及支持格式的开放和公开一致处理所坚持的规范，从而使正确设计的单元以尽可能少的更改就能在较广泛的系统范围内利用，与本地和远程系统的其它单元相互操作并以易于移植的方式与用户交互作用的系统”由此可见，开放的前提是遵循公开一致的标准和规范。美国空军已把应用军用专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1997年9月JSF办公室经过3年系统方案定义和演示，公布了20版“JSF航空电子系统结构定义(JAAD)”JAAD仅是一份初稿，希望在2001年以前通过JSF航空电子系统方案演示阶段积累的数据使JAAD 有实质性的发展AAD的主要内容如下：(1)总层次划分总层次划分为6层，第1层即最顶层为超系统(由空中、海上和陆上多系统构成的系统)；第2层为JSF武器系统：第3层为航空电子各分系统：第4 层为综合核心处理等功能区；第5层为硬软件模块；第6层即最底层为硬做件元件JAAD的重点在第3、4层(2) 联合通信电子网络(UAN)采用个以民用标准为基础的统一的数字式航空电子系统网络据JSF开放式系统结构综合产品小组(OSA IPT)对9种可供选择的UAN 高速总线分析和评审，实时可扩相干接口(SCVRT)和航空电子环境光纤通道(F(1_A E) 最优由于光纤带宽较宽，因此能够以较少费用实现重量增容这是控制综合航空电子系统费用，简化综合、试验和改进的一大进步(3)综合核心处理JAAD要求把数字信号处理、数据处理以及其他计算性要求的任务例如座舱显示发生等都集中到共享、窑错和高性能的综合核心处理(ICP)N内，但并不排除在其他功能区嵌入处理机。(4)座舱人机接口JSF座舱将使用显示高分辨率彩色字符和图象的多功能显示器，其它正在考虑的显示器包括平视显示器和头盔显示器JAAD 中选用彩色液晶显示器和头盔显示器作为未来战斗机人机接口的基础，与F-22飞机相比前进了一步(5)综合射频撵铡和综合电光探测JAAD对综合撵测功能区未作详细说明，因为这项技术成熟而且其开放式系统原理应用少由于射频和电光红外探测系统占飞机出厂航空电子成本的60，综合产品小组自然重视，为此制定若干“技术成熟”计划，集中演示那些对经济可承受性、保障性、生存性和杀伤力有重大作用的技术其中主要有多功能计划和综合探测器系统前者的最大优点就是减少了天线和光或F(IR)D径的数量；后者是由美国空军研究实验室和JSF计划联合资助的一项3400万美元的技术风险减缩研究计划该计划由洛克希德-马丁和渡音公司(以前的麦道公司)领导的两个小组在四年内完成目的在于采用相对少量的模块类型构成一个综合的、可重构的射频处理结构ISS是低成本、低重量、小空间、低功率和低冷却的射频支援电子设备两个小组的专家认为，ISS是研制工作不是由技术推动，而是由经济可承受性推动，他们只需要重新组合现有的功能，来达到尺寸、重量、体积和费用降低一半的目标波音公司小组估计在以资源共享为特征的ISS 结构中，采用1998年的技术可以花费相当于F-22飞机的50-60的费用，而达到与F 2飞机相同的射频功能虽然，经济可承受性是进行ISS 研制的主要推动力，但是，通过故障重构增强任务的可靠性，通过信号及发射装置的综合控制获得较好的电磁兼容性也是非常重要的(6)机械和电气口JAAD 要求包装、热管理、电源和连接器起到支持高本征可靠性、客错、长期增长和优良保障性的作用在很大程度上JAAD决定着机架、电缆敷设、发电、环境控制及其他飞机结构设备的特征一旦进入详细设计和生产阶段，更改很难，花费也大因此，此决策需要非常的谨慎，而且需要进行验证可以看出，JAAD 充分注意到机电元器件对系统可靠性、维修性和经济可承受性的深远影响采用COTS技术具有很好的前景JSF项目的管理者和航空电子系统结构的研究人员将在各方面尽最大可能采用COTS技术，包括处理和网络结构当然，在航空电子系统结构中采用COTS技术的主要目的是降低成本，另外，为了使应用软件和某些硬件可以移植到其它飞机上，将在罔络，操作系统和应用程序接口方面采用开放式系统标准那么，在航空电子系统结构中采用COTS技术和开放式系统标准的主要目的是增加软*的寿命，使系统不受硬件技术过时的影响，而且容易改进另外，采用COTS 技术还有一个潜在的优点就是允许在研制周期的晚些时候决定处理机和网络的选型，这样可以有更多的机会采用最新的技术，而且将更有效地达到降低寿命周期费用的目的 由于美国综合航空电子技术的领先发展，给各国军方和研究人员很大启示，先后纷纷开展了综合航空电子技术的研究工作，特别是英、法、德和俄等国，有些技术已经用于改进现役飞机或在研飞机中，不过，这些国家的军用飞机计划也遇到了与美国同样的问题，他们还制定相应的计划予以解决，倒如英国的先进航空电子系统结构封装(A P)计划等目前，这些计划还面临着标准化问题，为此，北约组织(NATO)为了解决其内部的航空电子系统非标准化问题，成立了标准航空电子系统结构联合委员会(ASAAC)，目的是制订模块化航空电子系统标准ASAAC的官员们认为：解决军用航空电子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，方法之一是模块化搞出一组通用模块，还必须在系统内和北约各国飞机之间可互换这样，欧洲各国就能从减少物资清单和备件持有量获得巨大的好处因为，模块适用的平台范围广，使采购费用降低，支持费用也会大量的削减，外场可更换模块也将使可用性提高90年代初，英国、法国和德国开展了一项三国通用系统的可行性研究计划这是一项五年计划，分两个阶段进行，并由ASSAC 管理计划的第一阶段，将制定严格稳定的硬件、软件和网络接口标准计划的第二阶段于I997年I1月开始，在第一个阶段研究成果的基础上，为满足开放式系统的需要，建立一个基本的、灵活的航空电子系统结构，这个系统结构能够适用于2000年以后的大多数平台简言之，这项计划的目的是建立一套完整的军用核心航空电子系统标准，不但能够满足在2015年时间范围内出现的新的欧洲战斗机计划的需要；而且能够满足2002年前后改进现有装备计划的需要为了支持该项计划，还进行了若干的技术和方案演示这套军用核心航空电子标准将尽可能地采用民用标准，并将覆盖系统结构、软件、阿络和封装等方面，并且定义了通用功能模块(CFM)的范围，使这种CFM 既适用于新的欧洲战斗机，也适用于像“阵风”和EF2000 那样的飞机21世纪把人类带人了信息化社会国防装备电子信息化建设如同经济信息化一样逐渐加强 组成 它按功能分为通信、导航、雷达、目标识别、遥测、遥控、遥感、火控、制导、电子对抗等系统。各种系统一般包括飞行器上的电子系统和相应的地面电子系统两部分，这两部分通过电磁波传输信号合成为一个系统。和这些电子系统有关的电子理论和技术有通信理论、电磁场理论、电波传播、天线、检测理论和技术、编码理论和技术、信号处理技术等，而微电子技术和电子计算机技术则是提高各种电子系统性能的基础。它们的发展使飞行器上的电子系统进一步小型化和具有实时处理更大量数据的能力，进而使飞机的性能（机动能力、火控能力、全天候飞行、自动着陆等）大为提高，航天器的功能(科学探测、资源勘测、通信广播、侦察预警等)日益扩大。特点 一、航空航天飞行器上电子设备的特点是： 要求体积小、重量轻和功耗小;能在恶劣的环境条件下工作;高效率、高可靠和长寿命。在高性能飞机和航天器上，这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。卫星上设备重量每增加1公斤，运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。一些航天器的工作时间很长，如静止轨道通信卫星的长达710年，而深空探测器的工作时间更长。因此，航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选，而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。 二、航空航天电子技术的主要发展方向是： 充分利用电子计算机和大规模集成电路，提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平；提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率；发展高速率和超高速率的大规模集成电路；发展更高