四、建议的研究方向
4.1 网络化航电系统综合与全机电磁效应
–网络化航电系统实时互连与综合化前端研究
• 分布式综合化航电系统的功能综合和性能保证研究 • 网络化航电系统互连实时同步研究 • 航电系统孔径综合与分集处理研究 • 航电系统传感信号综合与解耦研究
–大型飞机全机电磁效应研究
• 新一代综合航电系统射频电磁效应机理研究 • 静电干扰产生机理及抑制方法 • 雷电电磁干扰的防护机理与方法 • 全机电磁效应半实物综合仿真技术研究
¾ 我国缺乏支持4DT运行的民机航电系统核心技术
– 导航技术落后，飞行航迹偏差较大 – 监视技术落后，飞行感知能力弱 – 缺乏空地协同的管制手段，运行效率低 – 缺乏主动控制技术，飞控抗干扰能力较差；
基本不具备自 主飞行能力
三、发展趋势
1、高速机内互连网络 实时性——由于物理资源的共享，其访问策略造成不确定性
3）连续性：10-4/小时
RNP导航规范出了航空器导航设备连续性丧失的范例，而没有给出具体导航系 统连续性指标。例如对于RNP-4，Doc9613指出其连续性丧失主要源于“失去功能被 归类为洋区和偏远地区导航主要故障。通过装载双独立远程导航系统（LRNS）满足 连续性要求。”
三、发展趋势
4、高可靠的中央处理单元（软件和硬件）
的等待，对于安全关键性和任务关键性应用，由于控制规律和 事件触发是时间敏感的，必须采用逻辑隔离、流量约束等机制 降低这种不确定性带来的风险；
性能保证——目前虽然具备VL逻辑隔离机制和流量整形/管制
方法，但时间确定性机制绝不意味着具有自然而然的保证，必 须依靠合理的设计和健全的验证，才能满足关键系统的要求；
三、发展趋势
3、高精度、高可靠的导航
1）系统精度支持RNP 20-0.1规范
RNP-X标识至少在95%飞行时间内，侧向和纵向总系统误差不能超过X海里。
2）完好性风险：10-5/小时
根据国际民航组织提供的《基于性能导航（PBN）手册》（Doc 9613）和 RTCA给出的《区域所需性能导航最低服务标准》（DO-283A），RNP规范针对导航 设备完好性与告警制定了三项性能指标。首先是航空器导航设备故障根据适航规则被 归类为主要故障情况（10-5/小时）；其次是当未达到精度要求，或者侧向总系统误差 超过二倍精度要求的概率大于10-5的门限时，RNP系统应告警；最后是如果使用 GNSS，当空间信号导致侧向定位误差大于二倍精度要求的超过概率10-7/小时的门限 时，航空器导航设备必须提供告警。
航空电子系统现状及 发展趋势
北京航空航天大学电子信息工程学院 王祖林 2012.02.09
一、概述
航空电子系统 ：
航空飞行器(包括飞机、直升机、飞艇、无人机、 导弹等）及相关地面设施装备的各种电子设备集 合而成的系统。(大温度范围、强振动、强干扰环 境下高可靠运行：复杂工程系统)
分类：
通用航空电子：完成正常飞行所必须
四、建议的研究方向
4.2 飞机故障预测与健康管理系统
4 大型飞机故障预测与健康管理体系结构研究：以ISO13374、 ARINC604、ARINC624为基础，研究健康管理系统层次结构、标准化 交互信息接口及信息传输协议； 4 大型飞机复杂系统交联与故障传播关系建模技术研究：以FMECA分析 、故障树分析为基础，建立基于多信号流图的可视化分层诊断知识模型 ，实现可测试性、传感器优化布局等指标的定量评估分析； 4 飞机及子系统健康管理系统开发 ：以航电、飞控、液压、作动及结构 系统为对象研究其衰变及故障传播机理，开发故障注入、效应模拟装置 、健康监测传感器及网络，实现健康管理系统的开发与验证； 4 飞机健康管理系统集成验证与评估环境：健康管理算法配置、诊断预 测知识库加载、故障注入控制及飞机健康管理指标定量验证与评估。 4 层次化协同全数字仿真与系统级动态自动测试技术
（通信、导航、飞控及监视、健
（火控系统、电子对抗、敌我识别等）
机体
发动机
机载系统
航电成本 占整机的 50%以上
航电是飞机先进性的标志和市场成功的保障
九大子系统
航空电子系统组成框图
二、目前现状
当前大型飞机航空电子系统的主要特点是：
（1）模块化 以开放式结构和模块化为特征。A380基于ARINC653标准的、开放式的综合模 块化航空电子系统（IMA），由航空电子全双工以太网（AFDX）和18个IMA模块构 成；波音787采用满足ARINC653标准的、开放式系统结构的通用核心系统（CCS）， 并采用满足ARINC664标准的、光纤以太网的通用数据网络（CDN）。 （2）高度综合化 目前机载航空电子系统的综合主要体现在座舱综合显示控制、综合数据处理、 综合导航引导、综合监视与告警等方面。 （3）智能化座舱 飞机座舱更加突出“以人为本”，注重座舱的通用性，减少飞行员的转机型培 训；显示区域更大、更直观、交互式的人机接口，减轻飞行员工作负担，采用多种手 段改善态势感知能力，提高飞行安全性。 （4）空地一体化 A380 和波音787 都实现了驾驶舱和客舱电子系统的全面综合，使航空电子体 系更加完整和协调；同时也将空地应用需求紧密结合起来。 （5）更多空管功能 为解决空管容量问题，国际民用航空界认为应将一部分飞机航线决策和控制责 任移交到飞机驾驶舱中，这样将简化地面的控制工作，从而使地面空管人员能处理更 多的空管工作。
故障封闭——由于物理时间对于物理规律和交互行为的影响
是不可避免的，也意味着尽管具有逻辑的隔离，但通信任务之 间的故障封闭是综合化互连中的难题。
三、发展趋势
2、高速数据链
L波段宽带数据链系统是未来空地通信的主要手段， 为满足各类空地通信业务的服务质量要求，L波段宽 带通信关键技术研究需要满足以下技术指标 9 系统数据速率：≥2Mbps； 9 通信距离：≥200km； 9 支持飞行速度≥1000km/h产生的大多普勒频移； 9 电磁兼容符合RTCA DO-160E/F标准； 9 支持呼叫/接听、移动交换/归属位置和QoS服务； 9 支持ADS标准、ATN标准等。
美 国 新 型 战 斗 机 F22的”宝石柱”航电结构 第 四 代 航 电 F35的”宝石台”航电架构 (先进综合化航电）
二、目前现状——基于4DT的运行
¾ 基于4DT的运行技术发展趋势
– 美国实施下一代航空运输系统（NextGen），计划2018年完成；
– 4DT的运行概念
• 管制员不再主动引导飞机飞行，飞机安全间隔由飞行员保证 • 由基于固定航路的被动飞行向飞行员可选航路的自主飞行转变
四、建议的研究方向
4.3 高精度高可信度航空导航技术
–多模卫星导航增强技术
• 卫星导航、地基无线电导航、惯导组合 • 空基、地基导航增强技术
–高精度航空惯性导航技术
• 高精度光纤惯导及组合导航系统设计与集成测试 • 新型超高精度原子陀螺设计与研发
–航空飞行校验技术 –基于性能的航空导航技术
四、建议的研究方向
4.4 大型飞机协同监视与感知技术
– 空基相关监视新方法
• ADS-B、MLAT
–飞行环境感知技术
• 机载气象雷达（激光等）
–多传感器信息融合感知技术
• 交通态势 • 自然环境（气象、地形等）
四、建议的研究方向
4.5 网络化空地协同空管
–面向服务的航空信息传输体制与网络技术
• 空天通信网络 • 空地宽带数据链
1) 软件:先进航空电子系统软件规模大且可靠性要求极高 软件代码可验证规模达百万行，软件故障率检验能力达 10-9 我国在复杂机载软件开发/验证/测试理论方面同国外存在 很大差距，需要研制有效的可信开发环境 2) 硬件: 开发具有自主知识产权的处理器芯片及相关外围器件.
三、发展趋势
5 综合监视系统
对ISS系统进行跟踪研究，并针对新航行系统条件下采用各种新技术、新设备的特 点，结合我国航空制造业的实际情况，确定ISS的关键指标如下： 1）交通监视 交通预警和防撞系统功能，符合FAA TSO-C119B标准；ATC功能，符合RTCA DO-181C，TSO-C112标准；ADS-B收/发功能，符合RTCA DO-260A标准； 2）ADS-B 同时支持A/C/S模式，具备ES功能，支持变速率报文传输；数据链传输速率达到 1M bps，地空通信距离 > 300 km；最大态势信息显示范围 > 100 nm，最小态势 信息显示范围 > 10 nm；显示更新周期 < 4 s，缺省为2 s；处理时延 < 50 ms； 同时显示和处理目标数 > 40架/每周期。 3）气象监视 降水检测，湍流检测， 符合FAA TSO-C63c标准；预测风切变，符合RTCA DO220标准；无风切变，符合FAA TSO-C117标准 处理和综合所上传的气象数据 4）地形监视 GPWS, TAWS，符合FAA TSO-C151b标准；警报优先功能，符合FAA TSOC151b标准
–复杂环境自主飞行间隔保障技术 –基于4DT的空地协同飞行管制技术
谢谢！
三、发展趋势
6 民机电磁兼容
为完成我国民机电磁兼容领域的跨越式发展目标，实现民机电磁兼容理念、方法 和技术上的重大创新，保障下一代大型飞机的电磁安全，确保其顺利通过适航认证， 圆满完成研制任务，必须在以下关键科学和技术问题上积极突破： 1) 新一代飞机电磁干扰、耦合和敏感机理，及其量化建模方法； 2) 大型飞机电磁兼容设计方法； 3) 大型飞机全机电磁兼容性试验指标与考核方法； 4) 自然电磁辐射危害对飞机的影响及其防护设计与考核方法。 上述科学与技术问题的关键指标包括： 大型飞机全机电磁兼容设计成功率>90%。 完成长度50m级大型飞机的雷电效应数值分析评估平台。 实现1400kV，200kA量级的雷电直接效应试验系统。 完善场-路协同分析与多物理场分析软件平台，实现10kHz~ 30GHz，10000λ大 型飞机的全机电磁性能仿真分析。 形成精度可达10dB的全机电磁兼容数字化协同设计软件平台。 形成10kHz~30GHz、500V/m量级全机电磁兼容考核指标与试验方法。