航空电子系统综合试验新思路王海青(沈阳飞机设计研究所,沈阳110035)摘要:航空电子系统的地面综合试验是在仿真器和模拟器的支持下,充分营造飞行和作战的环境,用来暴露系统设计上存在的缺陷,以便于及时改进设计。

本文叙述了在电子设备高度综合化的现代飞机上,航空电子系统综合试验的方法,并对试验中的关键技术进行了分析。

关键词:航空电子系统;综合试验;关键技术A vi onics Syste m Integration T estW ang H a iqi n g(Shenyang A ircra ft Desi g n&Research I nstitute,Shenyang110035,Ch i n a)Abst ract:Av ion i c s syste m integ ration tests are used to verif y and vali d ate an avion ics syste m de-si g n under si m ulated syste m operation cond itions to reveal defic i e nts in the design.Recent advances in av ion ics technolog ies,testm ethods o f an integ rated av ion ics syste m and critica l test techn i g ues are dis-cussed.K ey w ords:av i o nics syste m;i n tegration tes;t cr itical test techn i q ues随着科学技术的不断发展,航空电子从离散的机载电子设备发展到数据信息传输和显示的综合、数据处理的综合,直至数据融合、传感器综合和天线的综合。

航空电子系统综合技术是通过系统软件和网络技术,并采用综合控制显示和数据传输器等基本设备,有选择地把通信、导航、识别、光电探测、电子对抗、火力控制、飞行控制、飞机管理等设备综合成有机的整体,达到系统资源高度共享。

各个传感器不需要采用专用的信号与数据处理机,雷达、通信和其他信号的处理由共用的处理机阵列来完成。

新型飞机电子设备突出的优点是雷达、红外搜索和跟踪设备、通信、导航、识别装置、武器分系统、电子战分系统,以及飞机各分系统由信息传递速度高达每秒100万二进制的高速数据总线连接起来。

凭借该系统可精确掌握敌机的方位,具有对付敌方先进雷达和几种远射程武器的多种功能。

现代军用飞机要求航空电子综合系统具有很高的可靠性,当某一分系统部件被判定为故障时,就要对其余部件重新分配,以恢复分系统丧失的功能。

这种系统结构的高度互联意味着单个电子设备的功能可以相互包容,以便在关键部件发生故障或损坏时,可被完好的部件所替换。

被选中的替换部件由一个适当的软件从中心存储器加载,隔离故障部件,整个重构过程是自动地、实时地完成的。

由此可见,系统是否具有重构能力和重构能力的程度是新一代航空电子综合系统先进性的主要标志。

因此,在航空电子系统地面综合试验时,要使系统的功能得到充分的发挥,以致于系统中存在的问题得以彻底的暴露,有利于及时改进设计,做到缩短试飞周期,加快新机的研制进度。

收稿日期1航空电子设备的新发展1.1有源相控阵雷达雷达是战斗机上最重要的机载设备,有源相控阵雷达代表了当前战斗机雷达的最高水平。

相控阵是一种由多个辐射单元组成的天线分系统,各单元之间的能量和相位关系是利用电或磁的方法改变天线口径上的相位波前形成波束扫描。

装有电子扫描式阵列天线的相控阵雷达,其天线阵列上排列的每个阵元都有发射移相器和接收移相器。

有源电子扫描阵具有多模态工作方式,能以灵活和交错的模式工作。

它搜索范围大,能同时进行搜索、多目标跟踪和地形回避,可动态地形成波束的形状,以便对每个工作模式进行优化。

还能通过自适应波束成形,把能量零位对着干扰机的方向,可同时使多个干扰机的信号为零。

有源相控阵雷达另一个优点是功率大、可靠性高。

在这种雷达中,大功率行波管放大器被大量固态放大器所取代,因此功率不受单个大功率行波管放大器的限制。

有源相控阵雷达由1000~2000个发收模块组成,如果有5%的模块发生故障,雷达仍能继续工作。

有源阵列消除了容纳机械扫描天线所需的大容积,可使这一功率较大的雷达安装在形状按低雷达截面积设计的一个前体内,从而减小了飞机的雷达截面积。

1.2综合通信、导航、识别装置由于航空通信信息量的迅速增加和传输速率的提高,因此要求系统的互联能力以及自身的可靠性、自适应性和智能化也不断提高。

为适应未来在实用方面的要求,航空通信、导航、识别分系统在信道编码、信号处理、数据压缩、纠错技术、收发技术模式识别、图形识别、语音识别等方面都要有新的突破。

电子设备的设计旨在实现模块化,综合模块式的航空电子结构,将处理、存储和接口模块用于支持多种功能。

飞机上通信、导航、识别装置被综合在一起,覆盖整个频率范围,完成信号的发射、接收和预处理。

它们的天线设计成与机体结构一体化,用一组共用孔径来代替飞机上的多个天线,埋入机身和垂直尾翼前缘部分,避免突出在机体结构上,以便缩小雷达散射截面。

在新型飞机上,GPS/惯导组合分系统仍然是不可缺少的导航设备,导航设备的定位精度是设计师最为关心的问题之一。

将GPS和惯导分系统进行组合后,可显著增强GPS接收机在高动态环境的适应能力,并且定位精度明显提高。

普通的GPS接收机大多采用载波锁相环进行载波跟踪、码延迟锁定环进行码跟踪,如果没有惯性导航分系统的速率辅助是很难在高动态环境下可靠工作的。

惯性传感器信息辅助接收机载波和代码跟踪回路,可以缩小有效带宽,从而改善在干扰环境中跟踪信号的能力。

当GPS收不到信号时,惯导可提供记忆功能,干扰消失后,又协助GPS迅速重新捕获信息。

为了进一步提高导航精度,GPS接收机在C/A 码跟踪环路中采用间隔为0.1码片的窄间隔相关器,仅靠伪距求解的实时定位精度可小于1m,载波相位平滑下的码伪距解精度可达0.5m。

组合分系统中可采用自适应调零天线技术,并将成本低的、尺寸非常小的光纤陀螺和硅晶微型机械式加速度表作为固态惯性传感器,利用多相关器技术或小型化的高稳定时钟技术,对P/Y码进行直接捕获。

为提高捕获速度,采用串并组合的快捕方式,将接收信号载波多普勒频率范围分成若干个频段,分别由若干个通道同时搜索,而每个通道采用串行捕获的方法[1]。

1.3电子战分系统电子战分系统包括雷达警戒接收机、导弹逼近告警装置、红外和雷达波干扰装置、电子支援测定装置,它具有对付敌方先进雷达和远射程武器的多种功能。

拖曳式诱饵是对付空中和地面单脉冲雷达最有效的电子对抗手段,它发射敌方雷达信号的复现信号,以吸引雷达制导的导弹离开飞机。

该分系统用光纤射频连接线与飞机上的一个技术发生器相连,利用光纤将射频信号送到诱饵。

小型空射诱饵可在飞机内部安装,一旦被发射到空中并辐射信号时,像一架攻击机,可用来吸引敌方的导弹。

定向红外对抗分系统是对付红外导弹的一种较为有效的手段,这种分系统采用较小的转台,其上装单个可调谐激光器来实施红外干扰,而且具有一个多面的外壳,以降低阻力和雷达截面积。

1.4光电分系统1.4.1光电雷达火控雷达虽然被广泛使用,但也存在着某些不足。

随着隐身技术的应用,大幅度降低了飞机的雷达反射截面,使得雷达探测能力受到了很大的限制,光电雷达能够很好地克服这一缺点。

光电雷达具备侧向和后向探测、跟踪能力和多目标探测跟踪能力,它与红外搜索跟踪分系统配合使用,可改善对目标的探测精度、对付雷达截面小的隐身目标,同时减小雷达的开机时间,以改善自身的隐身能力。

1.4.2红外搜索跟踪装置新型飞机的光电分系统用一组孔径传感器完成3种器件的功能,前视红外分系统、远距红外搜索与跟踪分系统,以及白天帮助驾驶员目视识别飞机的电视摄像机分系统。

红外搜索跟踪装置的功能包括空-空搜索与跟踪、目标指示与导弹告警、空-地目标跟踪。

一种用在新机上的保形多功能成像红外传感器分系统由6个分布在机体且与蒙皮保形的、紧凑的、轻型红外传感器组成的分布结构,每个传感器提供90b@90b的视场。

从这些被动传感器得到的数据组合后,可提供全方位的多功能成像数据。

图像在一个广角头盔显示器上显示给飞行员,其上还重叠有从红外图像上自动提取的目标和威胁数据。

1.5综合显示技术1.5.1彩色液晶显示器座舱里的信息显示由1个平视显示器和几个多功能显示器来完成。

平视显示器显示飞行信息,多功能显示器显示战术信息。

显示器采用彩色液晶显示器,液晶显示器是一种利用液晶的电光特性,通过控制加在液晶两端的电压,实现光阀的开与关,从而进行图形和图像的显示。

与阴极射线管式显示器相比,突出的优点是质量轻、体积小、耗电少、性能高,同时克服了视角窄、动态响应速度慢,以及工作温度范围小的缺点。

彩色液晶显示器驱动电路、图形图像处理与管理电路,以及输入输出接口电路多为数字电路,液晶显示屏接口采用数字接口,这样使显示器与其他设备有良好的互连灵活性。

液晶显示器的显示模块包括视频处理模块和字符发生器模块2种,视频处理模块用于显示视频图像,字符发生器模块用于生成显示图形所需要的字符。

1.5.2头盔显示器新型飞机的隐身特性将给超视距空战带来困难,从而增加近距格斗的必要性。

头盔瞄准具能够改善近距格斗时的目标探测、截获和跟踪能力。

使用头盔瞄准具的主要目的就是与空战近距格斗导弹配合使用,提高导弹发射的离轴能力和快速反应能力,从而大幅度提高飞机的近距格斗能力。

用一系列安装在驾驶舱中的红外摄像机探测头盔上的发光二极管阵列来计算头部的精确位置和视角,飞行员仅需要转动其头部就可截获目标并发射武器,而不需要使其飞机的机头指向敌机。

1.6飞机综合处理分系统和管理分系统通用综合处理分系统用一个硬件和软件综合管理所有的信号处理、数据处理、数据输入输出和数据储存。

它以高性能的中央处理机为中心,由并行接口总线、试验/维护总线和数据处理元件组成,通过集中进行总体管理的高速计算来实现高性能,同时实现减重、减小体积、降低耗电量和制造成本。

综合处理机是由机架安装的外场可更换模块组成的,不仅为雷达、通信导航和识别分系统、电子战分系统提供信号与数据处理,而且还用于传感器和飞行器信息的综合,以便在显示器上显示。

飞机管理分系统包括飞行控制计算机、平视显示器、燃油管理分系统、大气数据分系统、惯性导航分系统、任务显示处理机、带软件的继电器逻辑电路设备、综合飞行/推进控制器和数据总线,飞机管理分系统保证飞机从起飞到着陆的全飞行过程的安全。

2综合试验程序进行系统综合试验时,对航电系统各项功能要进行全面检查和测试评估,在每项试验中监测系统总线和机内总线上的通信情况,包括各种模式下的总线负载、错误率、传输周期、总线响应时间,记录并分析指令响应和传输数据延时等。