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 ngA pr.2008V o.l25N o.2个分系统都有自己的计算机,各自完成特定的计算任务,并通过嵌入式总线及其接口与整个系统相交联。

火控计算机作为系统的总线控制器,担任系统的管理、控制和协调工作。

但随着未来战争对航空电子系统的要求不断的提高,这种联合式的系统结构对于日益高度复杂的航空电子系统来说,表现出种种不足。

如系统综合化程度低,存在一定的系统资源浪费;信息总承载能力不足,复杂的航空电子系统往往需要几条总线支持数据传输;对于复杂的子系统,利用总线控制数据传输时,操作系统工作复杂,软件可靠性低;系统容错能力有限;模块化、标准化程度低,系统维修费用较高的局限性;系统庞大、复杂,重量、体积、功耗、成本等都对飞机整体机构成了很大的压力,系统本身还存在设备功能重复、空间拥挤、驾驶员负担过重和电磁兼容等诸多问题。

2 第四代战斗机综合航空电子系统的新发展和新技术为解决第三代战斗机综合航空电子系统存在的问题,美国在研制F-22飞机和F -35飞机等第四代战斗机的过程中,进行了/宝石柱0(Pave P illar)和/宝石台0(Pave Pace)等航空电子发展计划,其中以/宝石柱0和F-22为代表综合式航空电子结构属于第三代航空电子系统综合结构,而以/宝石台0和联合攻击机(JSF)为代表先进的综合航空电子结构属于第四代航空电子系统综合结构。

2.1 /宝石柱0的系统结构和主要特点航空电子系统按功能分成四个区:传感器/分系统区、数字信号处理区、任务处理区、飞机管理处理区。

/宝石柱0系统结构的核心部分有四个:数字信号处理区、任务处理区、飞机管理处理区、系统控制区。

前三个区的各区之内,资源可共享,可以互为备用和相互替代。

由于各区的不同特性,因此,不能利用别的区域的资源来达到功能恢复与重构的目的。

但这并不是说各区中不包含许多通用硬件,而只是由于这些硬件的构成、连接和控制各不一样,因而限制了在整个系统范围内进行功能的再分配。

图2是/宝石柱0系统结构的顶层构成图。

系统的各部分由一组通用模块构成,这些模块支持可编程的处理、I/O 与存储功能。

系统各部分之间的接口是标准的高速时分多路传输总线图2 /宝石柱0系统顶层结构图与数据链,全部采用光纤技术。

/宝石柱0系统结构的主要特点为高速数据总线、超高速集成电路(VH S I C )和通用模块。

(1)高速的数据总线。

高速数据总线(H SDB )是/宝石柱0体系结构的一个重要特征,是实现系统高速大容量数据传输、容错、重构和资源共享的关键。

H SDB 采用令牌环网访问控制协议,每个终端都有获取/令牌0的机会实现对总线的存取访问,而不是采用1553B 总线的那种中央控制器技术。

H SDB 是50MB /s 的光纤网络,速度也远比1553B 的1MB /s 高得多。

(2)超高速集成电路(VH SI C)和通用模块。

/宝石柱0系统结构实际上是由许多称之为通用模块的/积木块0组成的。

通用模块的大小是根据完成一个完整的数字处理功能(包括接口控制与健康状况诊断)所需的电路来确定的。

/宝石柱0所采用的方法是利用有限的一组VH -S I C 芯片开发通用模块,然后,利用这些通用模块来开发系统/分系统(见图3)。

许多通用模块可由一组VH SI C 芯片构成。

随后可利用这些模块来形成任一航空电子分系统。

虽然为实现某一特定的分系统需要一些非通用的模块,但所需备件类型数目由于采用了通用模块而大为减少,从而降低了费用和提高了任务效能。

2.2 /宝石台0的系统结构和技术改进继/宝石柱0之后,美国又于20世纪90年代提出了功能更为完善、性能更为优良、综合程度更高的/宝石台0(Pave Pace)计划,其系统结构如图4所示:/宝石台0系统结构的主要部分为:(1)综合射频系统;(2)综合核心处理机;(3)光学数据分第2期 项剑锋等:战斗机综合航空电子系统现状与发展探索 17配网络;(4)系统虚拟存储器。

与/宝石柱0系统相比,/宝石台0系统主要在四个方面进行了改进:(1)进一步加强了综合深度。

(2)更广泛地使用光学传输信息。

采用了高速光学传输总线、光传输网络连接传感器、综合核心处理机、显示器及其他系统。

利用高速光学开关网络,其系统间存取信息的速度可达1毫微秒。

(3)利用全局系统虚拟存储器。

这样在系统控制、容错重构及软件划分等方面以一种新的概念进行工作。

(4)在光学母板上配置标准电子模块(SE M -E )。

此模块包括光学开关模块及光学开关控制模块,从而形成全系统的光学传输网络。

标准电子模块是由多种芯片封装在一起的多芯片包组成的。

标准电子模块采用框架液流冷却,使其具有更高的稳定性。

另外在系统功能划分方面,/宝石台0系统提出了/元功能0概念,也即具有类似性的综合功能组。

整个系统可划分为如图5所示的几个/元功能0。

例如,RF 元功能就是使用可用的射频频谱进行发射、接收并作为一个综合系统共享信息的功能组。

元功能范围即是实现资源共享的适当范围。

另外如光电传感器、飞机控制、外挂、乘员站(或座舱显示控制)、系统管理等部分都可构成元功能。

图4 /宝石台0系统按元功能划分的结构图3 我国战斗机航空电子系统发展构想我国的航空电子系统的发展水平还和美国等世界先进水平有着不小的差距。

我国航空电子系统各子系统的研制生产分散,各类传感器、平视显示器、火控雷达、火控计算机、外挂物管理系统等由不同的单位研制生产的。

为了提高我国航空电子技术的水平,缩小与国外先进技术的差距。

就需要各单位打破行业界限,实现资源、技术共享,在行业内部进行强强联合,共同开发关键设备,使航空电子系统产品实现模块化、通用化。

3.1 实现资源、技术共享欧美等先进国家战斗机航空电子系统的研发成果表明综合化是航空电子系统的未来最重要的发展方向。

要实现综合化首先就要解决通用化的问题。

通用化(即三军通用和军民两用)将是航空电子系统的重要发展方向。

联合研制各军种的作战飞机将是必然趋势。

我国航空电子系统的通用化,与欧美国家有所不同。

欧美国家在航空电子系统多采购商用货架产品,即采购民用电子产品,这样可以降低采购、维护和维修的费用,维修和后勤保障方便,产品研制和生产周期短,并不需要投入大量专项研制经费等优点,而得到广泛采用。

但是,欧美各国的民用电子产品技术水平高、生产能力强,可以保18 沈阳航空工业学院学报 第25卷证产品供货和及时升级换代。

而我国民用电子产品在研究和生产上都达不到航空电子产品要求的水平;依靠进口又要受制于人,不能保证供货渠道的畅通;因此,各航空电子设备研制单位更应改革,打破行政界限,实现资源、技术共享,在行业内部实现产品的通用化。

3.2强强联合,突破技术难关未来航空电子系统发展关键是综合核心处理机(CI P)。

为了适应传感器综合以及相应的系统结构上的变化,也为进一步降低系统成本、重量和体积的需要,生产出处理能力更强的多任务处理机(即C I P)。

以我国的发展水平,必须强强联合研发、突破关键技术、通过强强联合、进行技术整合、突破技术难关、共同研制综合核心处理机。

高度的模块化是航空电子系统实现许多功能的基础,离开了模块化,航空电子系统就不可能实现动态重构和二级检测维修体制,也就难以向综合化的方向发展。

从我国实际情况出发,也要求研制生产单位强强联合,共同开发航空电子各系统模块,以提高系统性能,降低成本。

3.3分步发展、分布实施根据国内航空电子系统的发展水平,不能急功近利,应从实际情况出发,一步一个脚印的发展模式,先从航空电子的系统功能分区技术开始,逐步实现统一互连网络。

首先,应开发功能分区技术,达到功能区内各项电子设备的整合,进行模块化和通用化方面有益的尝试。