[科普中國]-綜合航電系統(tǒng)

組成集成航電組件

集成航電組件是綜合航電系統(tǒng)的中心，結(jié)構(gòu)體系中，有兩個集成航電模塊，每個集成航電模塊中，集成了甚高頻導(dǎo)航接收機(jī)、下滑道接收機(jī)和GPS接收機(jī)。與集成航電組件相連的是各LRU以及顯示組件，在綜合處理器的統(tǒng)一處理下，各個LRU都通過數(shù)據(jù)總線和集成航電組件交換信息。集成航電組件通過高速數(shù)據(jù)總線與對應(yīng)的顯示器匹配交換數(shù)據(jù)。綜合航電系統(tǒng)中的顯示組件為主飛行顯示器PFD和多功能顯示器MFD，顯示組件直接安裝在顯示器上。

傳感器綜合航電系統(tǒng)中的傳感器主要有姿態(tài)和航向基準(zhǔn)系統(tǒng)、磁力計、大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)、發(fā)動機(jī)/飛機(jī)組件。

1．姿態(tài)和航向基準(zhǔn)系統(tǒng)

姿態(tài)和航向基準(zhǔn)系統(tǒng)提供飛機(jī)的姿態(tài)和航向信息，并通過ARINC 429協(xié)議與顯示組件和集成航電組件通信。

姿態(tài)和航向基準(zhǔn)系統(tǒng)包含先進(jìn)的傳感器(其中有加速度計和速率傳感器)，并且連接磁力計以獲得地球磁場信息．連接大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)以獲得大氣數(shù)據(jù)信息，連接兩個集成航電組件以獲得全球定位系統(tǒng)(GPS)信息。

在某些飛機(jī)上，綜合航電系統(tǒng)采用垂直陀螺提供姿態(tài)信號，并采用方位陀螺和磁傳感器等提供航向信號。

2．磁力計

磁力計用于測量本地磁場，并將本地磁場信息發(fā)送給姿態(tài)和航線基準(zhǔn)系統(tǒng)，以獲得磁航向。陔組件直接南姿態(tài)和航線基準(zhǔn)系統(tǒng)供電，并通過RS-485數(shù)字接口與其通信。

3．大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)

大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)處理全壓/靜壓系統(tǒng)和外部大氣溫度傳感器的數(shù)據(jù)，向整個綜合航電系統(tǒng)提供氣壓高度、空速、垂直速度和外界大氣信息，并使用ARINC 429數(shù)據(jù)接口與主集成航電組件、顯示器、姿態(tài)與航向基準(zhǔn)系統(tǒng)通信。

4．發(fā)動機(jī)/飛機(jī)組件

發(fā)動機(jī)/飛機(jī)組件接收和處理發(fā)動機(jī)和機(jī)身傳感器輸送的信號，并將這些數(shù)據(jù)提供給集成航電組件。這些傳感器包括發(fā)動機(jī)溫度和壓力傳感器、燃油測量傳感器和壓力傳感器。發(fā)動機(jī)/飛機(jī)組件通過RS-485數(shù)據(jù)接口與兩個集成航電組件通信。

綜臺航電系統(tǒng)的顯示器綜合航電系統(tǒng)的信息主要通過顯示組件顯示給機(jī)組，顯示組件采用電子顯示器。通常，電子顯示器有2個，也有飛機(jī)采朋在正/副駕駛的儀表板上分別安裝一個PFD，而在中央儀表板上安裝一個MFD的布局。

1．PFD的顯示

PFD用于顯示主飛行參數(shù)，包括姿態(tài)、空速、高度、垂直速度和航向。這些飛行參數(shù)在PFD上的位置符合飛行參數(shù)“基本T形”布局的要求，即姿態(tài)顯示位于顯示屏的中央．左邊是速度，右邊是高度，下方是航向/航跡等導(dǎo)航參數(shù)。垂直速度則顯示在高度的右邊。

在某些飛機(jī)上，還可以在PFD適當(dāng)?shù)奈恢蔑@示導(dǎo)航信息、通信信息、通告信息、警告信息，交通信息等。此外，某些飛機(jī)的PFD上還可以插入航圖。

2．MFD的顯示信息

多功能顯示器MFD主要顯示發(fā)動機(jī)參數(shù)和導(dǎo)航參數(shù)。在有些飛機(jī)上．導(dǎo)航參數(shù)顯示在中央，發(fā)動機(jī)參數(shù)顯示在頂部。在某些飛機(jī)上，導(dǎo)航參數(shù)顯示在中央，發(fā)動機(jī)參數(shù)顯示在左邊，并可通過軟鍵對該區(qū)域的顯示進(jìn)行設(shè)置，可以是發(fā)動機(jī)顯示、系統(tǒng)顯示或燃油系統(tǒng)。

3．綜合航電系統(tǒng)的備用顯示技術(shù)

在綜合航電體系下，當(dāng)某一個顯示器發(fā)生故障時，綜合航電系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)換成備用顯示模式。在備用顯示模式下，所有重要的飛行信息都在剩余的顯示器上顯示，且顯示格式與正常模式相同。

在備用顯示模式下，正常工作的顯示器上能夠顯示的信息一般包括原PFD上的所有信息和發(fā)動機(jī)顯示的信息。

也可以人T使綜合航電以備用模式的形式顯示，通常使用的方法是按壓備用按鈕或按壓PFD/MFD顯示轉(zhuǎn)換按鈕。1

控制方式在綜合航電系統(tǒng)中，特別是在中小型飛機(jī)的綜合航電系統(tǒng)中，為了簡化系統(tǒng)操作，盡量減少工作量和所需時間并獲得先進(jìn)的功能，也為了充分利用駕駛艙內(nèi)有限的空間，通常將與顯示有關(guān)的控制組合在主飛行顯示器和多功能顯示器上，而將音頻控制單獨設(shè)計成一個音頻控制板。如果駕駛艙內(nèi)空間足夠，也可以將與顯示有關(guān)的控制單獨設(shè)計成一個控制板。

1．PFD和MFD上的控制鍵

一般情況下，PFD和MFD上的控制是完全相同的，分為硬控制和軟控制兩種，硬控制設(shè)計在顯示器的左、右兩側(cè)，每一個控制鍵都有特定的功能。例如，左上角是導(dǎo)航系統(tǒng)的控制，用于對導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧等操作；右上角是通信系統(tǒng)的控制，用于對通信系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧。

軟控制設(shè)計在顯示器的底部，每一個軟控制都由一個具體的按鍵和按鍵上方顯示的功能字符組成，按壓按鍵，即可實現(xiàn)功能字符所代表的功能。例如．按壓INST鍵，可以在PFD上插入航圖；按壓XPDR鍵．可以通過PFD的軟控制對二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)進(jìn)行編碼和識別。

各控制鍵具體的功能可參閱機(jī)型手冊，這里不再闡述。

在某些機(jī)型上，軟控制使用的是顯示器左、右兩側(cè)的行選擇鍵．按壓某行選擇鍵，將選擇該行選擇鍵對應(yīng)的顯示格式或顯示信息等。

2．具有獨立控制器的綜合航電的顯示控制

如果駕駛艙空間足夠大，在綜合航電系統(tǒng)的駕駛艙內(nèi)可安裝獨立顯示控制板。每一個機(jī)型上的顯示控制板都不完全相同，但基本都可以對電子水平狀態(tài)指示器(EHSI)或多功能顯示器(MFD)上地圖顯示部分的顯示格式和顯示信息等進(jìn)行控制，并能夠?qū)︼@示屏的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖4-114所示為某機(jī)型上的顯示控制板。該控制板上的上排控制電門用于選擇EHSI或MFD的顯示格式；第2排的按鈕用于選擇EHSI上或MFD上是否顯示方位指針信號，選擇NAVl按鈕，使EHSI上顯示1號VOR方位指針；選擇NAV2按鈕，使EHSI上顯示2號VOR方位指針；按壓ADF按鈕，使EHSI或MFD上顯示兩個ADF方位指針。左邊的HDG旋鈕用于設(shè)置預(yù)選航向，按壓該旋鈕預(yù)選航向游標(biāo)回到實際航向處，使航向同步；右邊的旋鈕用于設(shè)置預(yù)選航道，按壓該旋鈕，航道偏離桿回到中心位置，執(zhí)行直飛操作。BRT旋鈕用于調(diào)節(jié)顯示器的亮度。1

關(guān)鍵技術(shù)模塊化模塊化主要是要實現(xiàn)功能上的復(fù)用，進(jìn)而實現(xiàn)資源共享，為數(shù)據(jù)融合提供堅實的基礎(chǔ)，更進(jìn)一步。還可以實現(xiàn)多余度。

模塊化要先按照功能或其他方式進(jìn)行分類，把不同功能模塊分離開，可以分為圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、控制和數(shù)據(jù)采集。在圖形顯示上，根據(jù)顯示內(nèi)容不同，可分為姿態(tài)顯示、高度顯示、指示空速顯示等不同的模塊。在數(shù)據(jù)處理上，根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型．也可分成不同的模塊，使用不同的算法進(jìn)行計算。數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)采集也可以按照這種方法，進(jìn)行模塊化處理。

采用模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于進(jìn)行系統(tǒng)的集成與功能綜合．有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充和系統(tǒng)剪裁，有利于采用商用貨價產(chǎn)品技術(shù)。有利于系統(tǒng)的升級，降低系統(tǒng)的全壽命周期成本。實現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)與容錯，提高系統(tǒng)的可靠性。

多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)飛機(jī)上需要顯示和處理的數(shù)據(jù)來源于各種傳感器采集的數(shù)據(jù)。由于信息的來源、傳輸格式不盡相同．多傳感器/多數(shù)據(jù)源信息采集平臺要對它們進(jìn)行相應(yīng)的處理。首先要對信息進(jìn)行分類，然后將信息進(jìn)行歸一化處理，采用標(biāo)準(zhǔn)的量綱和表達(dá)方式．最后將處理好的信息提供給其他系統(tǒng)和模塊使用。對于多傳感器，多數(shù)據(jù)源、高分辨率的系統(tǒng)來說，要想達(dá)到有效和自主地使用，就必須通過某種方法，將來自不同傳感器的不完備的、不準(zhǔn)確的、不一致的數(shù)據(jù)與其他傳感器提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以得到更有用的數(shù)據(jù)和信息。2

綜合航電系統(tǒng)總線技術(shù)綜合航電系統(tǒng)在各分系統(tǒng)之間有著大量的信息需要交換。各分系統(tǒng)通過各自的接口與總線交聯(lián)，實現(xiàn)資源共享以滿足高速通信的要求，形成一定層次結(jié)構(gòu)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

航空總線技術(shù)的目的正是實現(xiàn)航空電子各子系統(tǒng)之間、通用處理模塊之間的資源共享。減輕互聯(lián)介質(zhì)的重量、降低復(fù)雜性，支持系統(tǒng)過程控制和狀態(tài)管理。

ARINC429數(shù)據(jù)總線是一種單向傳輸總線，數(shù)據(jù)流只能從發(fā)送器向接收器傳遞．采用異步通信方式。由于ARINC429具有接口方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點，很快成為商務(wù)運輸航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的航空電子總線．空中客車公司的A310/A320、A330/A340飛機(jī)，波音公司的波音727、737、747、757和767飛機(jī)，哈飛公司的直9系列機(jī)與運12系列機(jī)等都采用了這種總線。

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，ARINCA29總線也暴露出其難以克服的缺點。而MIL-STD-1553B總線具有運行的可檢測性、高的綜合性能等優(yōu)勢而得到普遍承認(rèn)，成為一種國際性的航空航天總線標(biāo)準(zhǔn)。

MIL-STD-1553B最大的缺點是整個總線由集中的總線控制器來控制，整個總線系統(tǒng)的通信是在總線控制器指揮下進(jìn)行的，這給總線帶來潛在的單點故障，影響可靠性，一旦總線控制器失效，將造成整個總線系統(tǒng)的癱瘓。至今，1553B總線技術(shù)很少用在民用飛機(jī)上，主要用在軍機(jī)上。2

應(yīng)用舉例APEX綜合顯示控制系統(tǒng)APEX綜合顯示控制系統(tǒng)是霍尼韋爾公司為中小型飛機(jī)開發(fā)的新的綜合航電系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制和顯示四個部分。

APEX綜合顯示控制系統(tǒng)由下列部件組成：2臺主飛行顯示器(PFD)，2臺多功能顯示器(MFD)，2個主飛行顯示器控制板，1個多功能控制板(MFC)，1個顯示轉(zhuǎn)換控制板，1個模塊化航電單元(MAU，含各功能模塊)，2個數(shù)據(jù)采集單元(ADAU)。

其中主飛行顯示器和多功能顯示器起顯示作用，每個顯示器顯示的內(nèi)容不同，以正駕駛主飛行顯示器為例：將顯示器分為4個顯示區(qū)域，分別為HSI區(qū)域、ADI區(qū)域、發(fā)動機(jī)參數(shù)指示區(qū)域和無線電信息顯示區(qū)域。HSI區(qū)域中主要包括飛機(jī)磁航向/真航向顯示、真空速和地速指示、預(yù)選航向、航跡讀數(shù)和游標(biāo)、導(dǎo)航源選擇指示、VOR/LOC/DME指示、風(fēng)速及風(fēng)向指示、大氣總溫指示、飛行時間指示等。根據(jù)用戶設(shè)定，還可在此區(qū)域中疊加顯示近地告警和氣象雷達(dá)系統(tǒng)信息。主飛行顯示器控制板、多功能控制板和顯示轉(zhuǎn)換控制板起控制作用。模塊化航電單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

系統(tǒng)核心部分模塊化航電單元采用模塊化設(shè)計，主要的功能模塊包括：電源模塊、網(wǎng)絡(luò)接口控制模塊、圖形模塊、通用I/O模塊、用戶I/O模塊和激勵I(lǐng)/O模塊等。系統(tǒng)功能可根據(jù)用戶需要配置，且具有功能擴(kuò)展性。2

某型機(jī)綜合航電系統(tǒng)某型機(jī)綜合航電系統(tǒng)吸取了“玻璃座艙”的概念，將大量復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)采集、處理、融合后通過大屏幕高分辨率的液晶顯示器顯示出來，取代傳統(tǒng)的機(jī)電式儀表。同時，綜合航電系統(tǒng)內(nèi)部采用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、任務(wù)同步和數(shù)據(jù)互比?？梢造`活處置系統(tǒng)多種故障模式，使系統(tǒng)具備在一定故障等級下的一次故障工作能力。提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

采用高度綜合的集成一體化設(shè)計，綜合顯示控制系統(tǒng)將通用模塊、標(biāo)準(zhǔn)總線、高速網(wǎng)絡(luò)和實時嵌入式操作系統(tǒng)集成在一個高性能計算平臺內(nèi)，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、信號處理、接口處理和圖形處理能力，具有傳感器輸入數(shù)據(jù)的綜合處理、數(shù)據(jù)融合、任務(wù)計算、視頻信息生成、導(dǎo)航計算、外掛管理、電子對抗、通信管理、系統(tǒng)控制和故障檢測、重構(gòu)等多種功能，充分體現(xiàn)信息綜合、顯示綜合、功能綜合、硬件綜合、軟件綜合、檢測綜合的特點。2