航空电子信息技术

航空电子信息技术（精选9篇）

航空电子信息技术 篇1

摘要：中国民航飞行学院电子信息工程专业是一个直接面向民用航空器电子设备维修工程技术人员培养的专业,其培养目标和课程设置与其他院校该专业有很大的区别。介绍了本校该专业设置的历史背景,从培养目标,理论课程的设置,实验教学环节的设置,基本技能培训项目的设置,学生科研项目的设置等多方面总结了该专业建设过程中的创新点。

关键词：工程应用,民航特色,航空器维修

1 专业设置的背景

中国民航飞行学院电子信息工程专业(此后简称电子专业)是在整个民航大发展,紧缺航空器电子专业方向紧缺工程技术人员的历史背景下,于2003年正式开始招生的。该专业从申报开始就制定了面向工程应用的培养目标,而且必须具备民航特色。又针对民用航空器维修工程技术人员的工作性质和行业特征,自开办伊始制定了“学历+技能+英语”三位一体的培养模式,创建了鲜明的民用航空器电子方向工程技术人员的人才培养特色。

2 专业建设中的创新点

2.1 创建了“强基础、重特色”的专业培养体系

“强基础”体现在公共基础课程和专业基础课程在整个教学计划中的比例占到了90%,而且在这些课程的教学中都尽可能选择优秀教材,为学生顺利开展专业学习、良好地开展课外科技活动奠定了基础。为了突出“信息”类专业的特点,加强了该专业信息、控制、计算机相关学科课程的教学。培养了学生自我学习,终身学习的能力。

“重特色”体现在课程设置中强化工程应用元素和民航特色,开设了飞行原理与性能、航空维修中人的因素、自动飞行控制系统、大气数据及惯性基准系统、大气数据与计算机系统,导航原理与系统、气象雷达原理与机载气象雷达系统、飞机结构与系统、大型运输机机型理论等民航特色课程。

2.2 实施英语工程,提高学生英语运用能力

英语是民航的工作语言。航空器维修工程技术人员所看到的第一手资料就是飞机的各种手册,这些手册全是英文编写的。接受机型培训的第一批人员都是由Boeing或空客的技术人员培训的。在培训过程中,他们听的,说的,看的都只能是英语,所以说,英语是民航的工作语言一点都不夸张。而我们培养的就是这样的工程技术人员,所以,加强他们的英语能力的培养是非常必要的。

自2007年起,就对该专业的学生着手实施“英语工程”,具体的措施是加强英语晨读检查、开展基础英语竞赛和专业英语竞赛,组织英语沙龙,开设双语教学等活动,在电子信息工程专业中开设的双语教学课程有执照理论基础、A320飞机机型理论、传感器原理、飞机电气系统、动飞行控制系统等与航空器维修实际直接密切相关的七门双语课程,在没有开设双语教学的课程中,教师在授课的过程中也是尽可能多地使用专业英语的知识。这些措施奠定了学生的专业英语基础,强化了学生的专业英语应用能力。在航空公司进行人员招聘时,他们在专业外语使用方面具备了较大的优势,也给了招聘人员较大的惊喜,他们对学生的专业英语应用能力感到满意。

2.3 注重实验教学环节,锻炼学生的动手能力

在专业建立之初就投资建设了MCU实验室、自动控制实验室、高频实验室、信号与系统实验室、数字信号处理实验室,现代导航技术实验室,正在筹建综合航电实验室和航空通信实验室。

在相关课程的教学过程中都能穿插进行实验教学环节,将理论与实践紧密结合。并在适当的阶段,合理安排了“电子基础综合设计”、“专业综合设计”和“电装实习”三门课程设计,训练了学生综合应用知识的能力,完善了电子设计的教学体系,训练了学生电子设计的基本能力。

2.4 增加电子设计竞赛的教学内容,以赛促学

为了进一步增强学生电子设计和创新能力,为电子设计骨干开设了“电子设计基础”公选课,培养了电子设计积极分子,为后续的课程设计、电子设计打下了基础,并利用已有的创新实验室引导学生进入实验室,得到创新训练,学生在四川省电子设计竞赛中获得了一、二、三等奖十余项。这些获奖的学生在后续的学习过程中对知识的渴求程度,对知识的应用能力都有大幅度的提升。目前,在电子信息工程专业的培养方案中,已经实现了包括电子竞赛、电子协会的工作为一体的、完整的教学、竞赛体系。

2.5 加强航空维修技术的培训,注重技能和标准化

为了强化在维修实践中起重要作用的机务基本技能,在该专业设置了为期6周的基本技能培训。该培训在技能实践基地(四川省实验教学示范中心)进行。该基地完全按照民航特色对学生进行基本技能培训,使用的器材与设备都是和机务维护一线质量相同的,遵循的标准也是按照飞机手册进行的。在该基地,学生主要进行的培训项目有标准线路施工、电子线路制作、蓄电池维护、机载电子设备拆装等实践项目等,都是航空维修实际工作中要完成的工作。

2.6 加强航空理论知识与实践的紧密结合,创办航模小组,提高学习兴趣

本着培养航空理论与实践相结合的创新型人才,增强学生对航空的兴趣和爱好,在各级领导的关心和支持下,电子学科组的教师于2012年2月成立了航模兴趣小组,目前该小组已有学生组员23人。这些航模组的学生在老师的指导下完成了航模空气动力学模型的建立,航模的制作,航模的试飞等一系列的事情,极大地提高了这些组员对航空知识的兴趣和爱好。该小组于2012年7月参加了四川省青少年航模锦标赛,参赛的组员获得了个人优秀奖,整个团队还获得了P3A-1团体比赛成年组第一名。

2.7 建立以科研促进学习,以学习带动科研的发展战略

针对那些学习能力较强的学生,学科组的老师专门为他们做科研方面的学术报告和科研论文的这些报告,指导他们申报相应的科研项目,据不完全统计,从2005年开始至2011年,学生申报的科研项目共20项。在这些科研项目的研究过程中,学生掌握了资料的收集、整理和分析应用能力,掌握了技术报告的撰写方法,学会了科技论文的撰写方法,了解了科技论文的发表过程。

通过科研项目的申报和研究过程,极大地提高了学生综合应用各种知识的能力,也获取了大量的知识储备,所以,对其后期的学习具有积极的推动和促进作用。

2.8 建立卓越工程师培养计划,扩大实习能力,培养卓越人才,拓宽就业渠道

学生的就业能力从一个方面可以反映一个学校的办学实力,反映一个专业的建设质量,反映学生能否符合用人单位的人才需求。为了使学生在学校学习阶段就能够了解以后工作岗位的实际需求,在生产实习方面尽量安排学生到机务维护一线。一方面充分利用学校内部资源,学校在洛阳、绵阳、新津、广汉、遂宁都建有飞机场,执行飞行训练任务,还有一个飞机修理厂和模拟机维护中心,为学生实习提供了丰富的全真的可用资源,这是其它高校无可比拟的;另一方面,利用学校与航空公司和航空维修企业之间的良好合作关系,国内的大、中型航空公司都是我校的实习基地,目前的生产实习基地已经包括了:国际航空公司、南方航空公司、东方航空公司、海南航空公司、四川海特、四川航空公司、SNECMA等。

2010年该专业开始了卓越工程师的试点工作,已经与春秋航空公司、空军5701厂(直升机维修基地)、河北远奥飞机制造公司签定了卓越工程师联合培养协议,按照行业要求校企联合培养动手能力强、基础扎实的维修工程师。学生提前进入实习岗位,使他们尽早地接触了机务维修工作,为他们以后进入岗位后顺利开展工作奠定了扎实的基础。

3 取得的成果

到目前为止,本校电子信息工程专业已经培养了6届约600人左右的航空器电子设备维修工程技术人员,这些学生几乎都在民航就业,且在工作过程中其动手能力、英语应用能力、特别是民航专业英语的应用能力经受住了维修一线工作的考验,并在实际的维修工作中得到了拓展和延伸。目前03级、04级、05级,06级的学生基本上都完成了CCAR-66部(CCAR为China Civil Aviation Regulations,意为中国民航法规)民用航空器维修人员基础执照考试,具备了飞机的放行权,成为了公司的技术骨干。

参考文献

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航空电子信息技术 篇2

1.1集成精度的约束

在发展航空电子机载通讯技术的时候，需要使用各种集成电子技术，将许许多多的电子信息技术连接起来，所以这将是进行系统设计中的一个重要问题。线路集成问题已经从最初的数据线与开关产量之间的关系转变为调节光线数据总线中的数据控制方面的复杂性问题。所以对所使用到的软件的要求越来越高，对所使用的芯片集成度也要求的越来越高。航空电子通讯设备的集成度发展到今天已经有了很大的进步，飞机工程师已经能够熟练的解决各种集成问题。

1.2物理环境方面的约束

航空电子机载通讯技术中所包含的各种功能和用途的设备会在各种不同物理环境中进行使用，而且对各种系统的健壮程度的要求也不同，但是他们必须达到能够正常工作的状态，而且需要注意的是，不管是因为什么类型的通讯系统的设备都需要通过特定的环境测试。在进行具体的测试的过程中，可以对某一系统的使用在各种环境中进行测试，同时也可以对某一飞机零件进行测试，比如说防水性能、盐水喷射性能等等。但是测试之前要先评估其适用程度。

1.3系统安全性和质量方面的约束

航空微电子技术及产业分析 篇3

航空微电子及关键技术

以集成电路为核心的微电子技术，在军事通信、军事指挥、军事侦察、电子干扰和反干扰、无人机、军用飞机、导弹，雷达、自动化武器系统等方面得到广泛应用，覆盖了军事信息领域的方方面面。因此，现代信息化战争又被称为“芯片之战”。出于国防装备的需要，世界军事强国不仅重视通用微电子技术发展，也十分重视专用微电子技术的发展。这是因为专用微电子产品不仅在国防装备中应用广泛，而且对国防装备的作战效能起着关键作用。美国提出，在其防务的技术优势中，集成电路是最重要的因素。20世纪80年代美国就将集成电路列为战略性产业。决定航空电子系统成本和技术的关键和核心，是以航空关键集成电路和元器件为核心的航空微电子技术和产品。

当前微电子科学技术一个重要的发展方向，就是由集成电路（IC）向集成系统（IS）转变，并由此产生了微系统。微系统有两重含义：一是将电子信息系统集成到硅芯片上，即信息系统的芯片集成——片上系统或System on-a-Chip（SoC）。另一含义就是微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统。

SoC将一个基于PCB上实现的系统功能尽可能的转化为基于功能、性能高度集成的基于硅的系统级芯片实现。因此，SoC尽可能多的集成系统的功能，可以减小系统体积重量，提高系统的性能，提高系统的可靠性，并能降低系统的制造成本。

MCM（Multi-Chip Module）是利用先进的微组装技术将多个（2个或以上)集成电路管芯及其他微型元器件组装在单一封装外壳内，形成具有一定部件或系统功能的高密度微电子组件。基于MCM基础上发展起来的系统级封装SIP（System in Package），是将整个应用系统中所有的电路管芯和其他微型元器件组装在单一封装外壳内的技术。MCM/SIP技术的开发应用将是突破传统封装固有瓶颈的一种有效途径，实现信息技术的发展对集成电路的封装密度、处理速度、体积、重量及可靠性等方面提出新的应用要求。

上世纪90年代，美国NASA为实现太空飞船小型和微型化提出先进飞行计算机计划（AFC），将MCM 作为在微电子领域保持领先地位的重要技术加以发展，并确定其为2010年前重点发展的十大军民两用高新技术之一。 日本一直以来都是MCM 技术的推崇者，他们建立的MCM技术协会进一步促进多芯片组件的发展与应用。

虽然SoC可以集成多种功能IP，但多工艺混合的IP难以采用SoC在单一硅片上实现, 因此虽然SoC发展迅速，但并不能取代MCM/SIP技术，一定程度上来讲，MCM/SIP技术是对SoC实现小型化的重要补充。因此，SoC/MCM（SIP）技术固有的技术优点，是航空电子系统低功耗、高性能、高可靠、超小型化的发展的永恒追求，也是航空电子系统发展迫切需要的核心技术之一。

航空微电子产业的国内外现状

航空电子系统所用关键集成电路与元器件的基本上可以分为四大类别：通用高端芯片、航空专用集成电路、机载任务子系统专用处理芯片、航空核心元器件。

1、通用高端芯片，主要是指处理类、存储类、电源类、A/D、D/A、OP等类别的集成电路。高端通用芯片决定航空电子系统的整体性能，是航空系统中不可缺少的一类重要器件。由于武器装备发展的需求超前于我国集成电路的研制和国产化，各项主战装备进入设计定型时，国内出现无“芯”可用的状况，导致定型装备的高端通用芯片基本依赖于进口，在重点型号中几款用量大的CPU芯片大都要依靠进口，只有少数是国产化的CPU芯片，而且性能都比较低。

2、航空专用集成电路，主要包是指总线网络及相关标准协议，以及使用MCM、SIP设计的模块。航空专用集成电路一般分为两种：第一种是满足航空标准、协议和规范的专用电路，如支持ARINC429协议、1553B协议、光纤通道FC-AE协议等的电路，它决定了航空电子系统的体系结构。这类芯片主要是总线协议处理类芯片，是航空电子系统的“中枢神经”，遍布飞机的各个部件和角落。第二种是满足飞机应用环境要求的专用集成电路。这类芯片是面向航空电子系统的应用需求特点开发的芯片。欧美新一代飞机研制中，广泛使用了SoC/MCM(SIP)技术手段，实现低功耗、高性能、高可靠性、超小型化的最终目标。为了达到F-22等新一代飞机综合核心处理机（ICP）对“性能/体积”方面的要求，美国“宝石台”计划中定义了多达12种MCM。

3、机载任务子系统专用处理电路，主要包括弹载计算机小型化核心芯片、头显定位处理系统芯片、头/平显畸变校正芯片、机载专用远程激光测距芯片以及机载防撞系统综合信号处理芯片等。机载任务子系统专用处理电路是决定航电任务子系统或设备某些特定性能的专用集成电路，如弹载计算机、头显定位处理系统芯片、头/平显畸变校正芯片、机载专用远程激光测距芯片和机载防撞系统综合信号处理芯片。目前国内该类任务子系统多采用专用电路板卡实现，缺点主要在于体积大、功耗高、集成度低、数据处理时间长等。

4、航空核心元器件，包括航空专用传感器、制导与导航器件、连接器、断路器、T/R组件等，这是在航电系统或设备中有重要作用的元器件，如光电探测器、光电收发器、航空连接器、航空专用压力传感器敏感元件及处理芯片、GNC电路、相控阵雷达中的超薄三维集成射频模块等。

航空微电子国内外产业发展

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以航空关键集成电路和元器件为核心的航空微电子技术和产品，具有以下特点：品种多、用量少、环境可靠性要求高；研发、验证及全机寿命维护周期长；对体积、功耗、寿命、性能要求高；投资巨大，技术风险大。

上述特点与微电子产业要求的批量经济规律相违背，为了降低装备成本，国外率先开始了通用商用芯片（COTS）应用于军事工业的研究。根据美国国防部“保持信息优越性”的战略要求，国防科学部需要提供可信任的、长期的、及时供应的集成电路以及持续提高芯片处理能力和获取军事价值信息的新方法。美国国防部针对商用芯片如何应用于军事需求，也非常慎重。美国国防科学委员会和美国国会认为芯片的离岸制造是一种安全隐患。在目前高度全球化的集成电路产业供应链中，产品定义和代码属于可信范围，IP、库、EDA工具属于半可信，加工制造属于不可信。美国国防预研局（DARPA）于2006年启动了芯片可信任（Trust in IC）计划，意图找到一种对芯片的评估和测试方法以确认芯片的安全性和可信性，内容涉及包括IC的设计、制造和封装。

为支撑航空工业发展需求，基于对航空专用微电子产业的认识，为保持在航空工业技术及相关产品的绝对优势，欧美发达国家各主要飞机制造公司都有自己微电子技术研发力量和产业链，一般包括设计、生产、封装和测试等各个环节。

国内集成电路相关基础产业环境薄弱，航空微电子技术和产业远远滞后于系统的应用需求，航空电子系统大量使用商业器件且高端芯片大都依靠进口。但事实上商用集成电路和元器件无法完全满足军事及航空应用的需求，且存在重大技术、安全隐患：

★不能满足持久、可控的自主保障能力

·战争情况下能否依赖别人？库存能够支持多久的战争？

·能否具备航空武器全寿命周期保障性？

★恶劣环境、各种“极端”条件下，不能满足系统功能完整性、确定性

·必须考虑恶劣环境、各种极端条件系统环境适应性和瞬态可靠性；

·恶劣环境、特殊需求的关键物理指标的满足。

★不能满足未来信息化装备在恶劣应用环境下对高性能、高可靠等需求

·嵌入式高性能计算机可以达到100GFlops量级，网络带宽需求可以达到100Gb/S，存储容量100G，即3个100G的需求，2020年可能达到3个1000G；

·军事需求对于实时性、可靠性等都有严格的要求，商用器件难以满足。

★系统应用支撑能力

·航空电子系统是复杂软硬一体、高安全性的实时系统，对于开发环境及各种EDA工具、开发过程、验证过程手段和方法学都提出高安全性的要求。

★商用产品可能存在安全隐患

总结

在竞争激烈的21世纪，面向新一代飞机研制，国内以中航计算所为代表的相关单位，基于目前新一代飞机航空专用集成电路需求牵引，以机载总线网络接口芯片（高速1553B/FC/AFDX/ARINC659/Mil-1394）、机弹载计算机小型化和航空多媒体研制为核心，以先进的SoC/SIP(MCM)/ASIC(IP) /FPGA(SOPC)为技术手段，采取以设计为核心的Fabless/Chipless发展模式，开展航空专用集成电路技术和产品的研制工作，已经具备一定的研制能力，但仍然没有建立完整的航空专用集成电路的技术和产品谱系，尚有很多关键技术有待突破，加之国内相关产业基础薄弱，航空专用集成电路的研发还处于艰难的初级阶段。

“一代器件，一代整机，一代装备”形象地说明了集成电路的重要性。没有先进、可靠的航空专用器件与集成电路就谈不上有先进、可靠的航空武器装备。大力发展航空微电子技术和产业，借鉴国外发展的先进发展经验，尽快建立我国大航空、强航空配套的一个自主创新、能力不断提高、产业规模不断扩大的技术和产业体系，不仅是突破国外产品和技术封锁的需要，更是实现航空电子系统自主设计、核心技术自主保障、取得航空产业技术和商业成功的发展需要。这对于保障航空武器装备国防实力，推动社会进步，具有极其重要的战略意义和现实意义。希望通过本文抛砖引玉，有效推动我国航空微电子技术快速发展，全面提升航空电子的核心竞争力。

（作者单位：中航工业西安航空计算技术研究所）

航空电子数据总线技术研究 篇4

伴随计算机在航空电子系统中的广泛应用,总线技术应运而生。总线技术的出现是从系统工程的角度统筹设计航空电子系统的结果,目的是通过多路传输总线将机上各计算机构成分布式信息网络,实现信息的有效传输、共享,实现座舱的综合显示和控制,从而形成综合化的航空电子系统。

目前,总线技术已成为现代飞机的基本特点。具有代表性的总线标准包括MIL_STD_1553B和ARINC429等总线标准,在F-16,B-52,F-22,A310,B-747等飞机上广泛使用。随着电子技术的进一步发展,新型高速数据总线不断涌现,波音公司提出了ARINC629标准,美国F-22和F-35已开始使用光纤高速数据总线。本文对目前国内外使用较多的数据总线进行描述和优缺点分析;同时,介绍现阶段研究较热的部分高速总线技术。

1 MIL_STD_1553B

MIL_STD_1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线[1],它是由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下,正式公布于1978年,1986年~1993年进行了修改和补充。我国与之对应的标准是GJB289A-97。该总线采用冗余的总线型拓扑结构,传输数据率可达1 Mb/s ,典型的1553总线结构如图1所示。其主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化接口。该总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。在过去的30年中,MIL _STD_1553B 已成功地应用于多种战机,并且成功应用于其他控制领域,如导弹控制、舰船控制等。

2 ARINC429

ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会于1977年9月发表并获得批准使用的,它的全称是数字式信息传输系统(DITS)。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在民航客机中,如B-737,A310等,俄制军用飞机也选用了类似的技术。我国与之对应的标准是HB6096-SZ-01。ARINC429总线是面向接口型数据传输结构,总线上定义了2种设备,发送设备只能有1个,而接收设备却可以有多个。发送设备与接收设备采用屏蔽双绞线传输信息,传输方式为单向广播式,调制方式采用双极性归零制三态码,传输数据率可达100 Kb/s 。

虽然MIL-STD-1553B总线和ARINC429总线在目前应用广泛,但在应用中两种总线都暴露出不同程度的缺点。如:MIL_STD_1553B总线由于使用窄带宽的屏蔽双绞线,难以在电磁干扰环境下。提供高性能和高可靠性的高速数据传输,而且其最大的缺点是整个总线由集中的总线控制器来控制,整个总线系统的通信是在总线控制器的指挥下进行的,这给总线带来潜在的单点故障,影响可靠性,一旦总线控制器失效,将造成整个总线系统的瘫痪[2]。而ARINC429总线尽管舍弃了总线控制器,但其代价是为了使总线上信息有序传输而不相碰,只能1个信息源用1条429总线,这在航空电子设备激增的情形下是不允许的。当然,ARINC429总线还有其他突出的缺点,如带宽有限,技术陈旧落后,接口不能适应新的微处理机,异步回路,因而导致数据传输有延迟;当航空电子系统的综合规模增大时,由于ARINC429总线传输的不同步将是系统性能变坏。由于这些缺点,在这两种总线的使用过程中逐渐发展出进一步的替代标准MIL_STD_1773,STANAG 3910和ARINC629标准。

3 MIL_STD_1773

1988年,美国国防部发布了新的军用标准即MIL_STD_1773,这个标准主要是对MIL_STD_1553在传输介质上的一个改进,其利用光纤传输介质来取代屏蔽双绞线以及电缆,其他的高层协议与MIL_STD_1553B相同。MIL_STD_1773数据总线在20世纪90年代已被美国国家航空和宇宙航行局(NASA)和海军(NAVY)所使用,其中, F -18战斗机就使用这一标准。目前,MIL_STD_1773 已发展到了双速率、高速度的阶段,其中,波音(Boeing)公司研制了基于MIL_STD_1773标准的双速率的收发器(具有1 Mb/s和20 Mb/s两种速率) ,其中1 Mb/s主要用于MIL_STD_1553B总线,而20 Mb/s主要用于高速数据传输[3]。

4 STANAG 3910

在20世纪90年代初,北约(NATO)在研制欧洲新一代战机时,提出了一种新的数据总线欧洲标准——STANAG3910,这种标准主要是用来改进机载数据总线的传输速率,以适应新一代战机的发展要求。STANAG3910也是一种指令/响应协议,采用双速率传输总线结构。高速通道具有20 Mb/s的传输速率,以满足现今绝大多数战机航电子系统之间高速通信的要求,而低速率的MIL_STD_1553B通道主要控制高速率的通信。使用相同的传输介质可以连接STANAG3910系统和MIL_STD_1553B 系统[4] ,这样就可以很方便地对MIL_STD_1553B系统进行升级改进,并且20 Mb/s的高速通道既可采用光纤也可采用同轴电缆作为其传输介质。使用STANAG3910 可以非常有效地对现有MIL_STD_1553B系统进行升级,以提供高传输速率来满足未来战机的发展需要。这样就可以提高MIL_STD_1553B系统的使用寿命,在新一代战机所要求的高速数据总线和航空电子系统通信稳定性(使用MIL_STD_1553B总线的系统性能非常稳定)上取得较好的结合点[5]。事实上,欧洲2个军用战机项目均使用了该总线技术,如:英国、德国、意大利、西班牙联合开发的欧洲战斗机(EFA)以及法国单独研制的RAFALE战斗机。

5 ARINC629

ARINC629总线是波音公司为民用机开发的一种新型总线数字式自主终端存取通信(digital autonomous terminal access communications,DATAC),总线传输率为2 Mb/s,线性拓扑结构,符合Hans准则;从工作流程图(见图2)可以看出,任一终端能否占用总线,取决于2个因素:终端状态和总线状态。右边支路描述终端状态,当终端1次发送数据,则启动TI计数器,一直到TI计满为止则有可能再次发送数据;左边支路描述总线状态,当SG和TG未计满时,总线上出现信号(别的终端在发送)则将这两个计数器复位并重新计数,当SG和TG计满时,若总线上出现信号,则SG不复位,而TG必须复位。当这两条支路同时满足条件时,本终端才发送数据。比较而言,ARINC629具有自主控制、可双向传输、连接简单、“插入式”兼容等特点,因而在波音-777上得到了广泛的应用,成为机上信号处理、航空电子系统、动力系统、飞机构架系统及自动驾驶仪通信的基础。

MIL-STD-1773,STANAG3910,ARINC629等总线技术的出现在一定程度上缓解了军(民)用飞机对通信的需要;但随着技术的进步,新一代航空电子系统中开始要求大信息量的视频、声音、实时数据在设备间的传输,同时伴随着航电系统数据处理能力的快速提高(比上一代提高了2~3个数量级),为了解决数据的实时传输和与系统处理速度的匹配问题,则要求数据总线的通信速率相对三代机至少提高1 000倍达到千兆比特的传输速率。因此上述的机载通信协议已远远不能满足新型飞机的数据传输要求。比如,美军的F-22战机就采用了数据率为400 Mb/s的点对点光纤链路实现传感器到通用综合处理机(CIP)及CIP到座舱控制显示系统的高速数据传输;RAH-66侦察攻击直升机也使用了数据率为800 Mb/s的光纤传感器数据分配网络传输来自驾驶员夜视系统、目标搜索系统和毫米波雷达的数据。为了满足上述要求,就需要制定新的航空数据总线标准(如新型光纤通道技术)来取代以上标准。

6 新型光纤通道技术

光纤通道FC(fiber channel)技术是美国国家标准委员ANSI于1998年开始制定的数据通信标准,是将计算机通道技术和网络技术有机结合起来,具有全新概念的通信机制[6]。2005年开始小部分成熟的ANSI标准被ISO/IEC组织采纳作为国际标准,光纤通道标准共分5层:介质接口层、传输协议层、帧协议层、综合服务层和高层服务层。其传输速率可达数吉比特每秒,可有效地支持无压缩数字视频信号的传输,满足未来战机的发展需求,如F-16, F-15只需要581 Mb/s的传输速率。光纤通道的拓扑结构灵活多样,按网络功能和带宽的不同要求构成点对点型、交换网型、仲裁环型等结构。光纤通道技术受到国外尤其是美国军方的重视,美国军方专门成立了FC -AE ( fiber channel for avionics environment)小组,制定了航空电子版光纤通道( FC -AE)标准。美国F-35飞机在研制中,光纤通道技术已成为高速网络构建的基础。由于光纤通道网络在提供高速率传输的同时,还能够保证信号传输的质量,这就使得它非常适合新一代飞机使用。

7 结 语

航空电子系统选用数据总线的基础是该总线标准是否满足系统通信速率、可靠性、抗干扰、兼容性、可扩展等要求,MIL-STD-1553B和ARINC429总线技术,由于具有一系列优点,在飞机上得到了广泛的应用,但随着技术的发展,这两种总线技术已不能满足新型飞机的发展要求。

为解决这些问题,为新一代飞机的发展提供先进的数据总线技术,必须使用新型的数据总线技术。通过以上对数据总线技术发展的简要分析, FC技术由于具备的高速率的数据传输特性、高可靠性通信、扩展余度大等特点,非常适合航空数据通信的发展要求,应该成为我国航空用数据总线的研究和关注焦点。

摘要：对目前国内外运用较多的航空数据总线技术进行简要的介绍,根据实际使用情况分析了MILSTD1553B和ARINC429等总线技术的特点、存在的问题和缺陷。在此基础上描述了为适应新的通信需要逐步发展出来的新型总线技术,包括MILSTD1773,STANAG 3910,Arinc629,光纤通道FC等内容;由于FC技术具备高速率的数据传输特性,高可靠性通信、扩展余度大等特点,非常适合航空数据通信的发展要求。

关键词：航空数据总线,高速数据总线,光纤通道,航空数据通信

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[5]BROWN D R.Issues concerning the i mplementation of highspeed optical data bus systems[C]//Proc.IEE Colloquiumon Future Military Avionic Architectures.London:[s.n.],1990:1-3.

航空电子信息技术 篇5

航空电子系统的综合化, 首先体现在系统结构的综合上, 即运用先进的航空电子技术, 将系统中传统的雷达、通信、导航、电子战、敌我识别、武器火控等分系统及传感器综合设计在一起, 构成一个多频谱、多手段、自适应的综合一体化航空电子系统;二是体现在系统功能的综合上, 即系统的功能按层次划分, 采用多种传感器的综合及信息处理、融合、显示技术和驾驶员辅助决策技术, 使飞行员获得全面的战场态势, 把精力集中在高层的战术决策上。[2]

航空电子系统的综合化, 还充分考虑到电子技术发展迅速的特点, 使系统拥有二次开发能力。目前世界上多数国家采取了“一代平台、多代航电”的做法, 以持续提升系统的性能。因此, 综合化航空电子系统不仅是第四代战斗机的一个重要特征, 也是航空电子系统的一种崭新设计方法和发展方向。

1 系统高度信息化[3]

信息化程度高是综合化航空电子系统的一个显著特征。第四代战斗机装备有源相控阵火控雷达、新型数据链通信系统、综合核心处理机、高速数据总线以及高度综合的座舱显示系统, 不仅提高了机内外信息的获取、处理和传输能力, 而且大大增强了机内外信息的交互、利用和共享能力。

1.1 飞机的作战能力提升

综合化、信息化的航空电子系统大大提升了第四代战斗机的超视距空战、单机多目标攻击、近距格斗、对地攻击、电子战、夜战和协同作战等能力。由于装备有源相控阵火控雷达, 并通过数据链与飞机外部信息源相交联, 第四代战斗机可在更远的距离上实现先敌发现, 以及超视距、多目标先敌攻击。由于采用先进的头盔瞄淮显示系统、分布式红外探测系统、有源相控阵火控雷达, 可以实现空空导弹-90°~+90°的大离轴发射。由于雷达对地合成孔径成像在100千米距离上的分辨率高达1米, 可以实现中、近程防区外对地精确打击。由于装备新型电子战系统, 具备了对相控阵体制和红外成像体制实施有效干扰的能力。由于装备分布式红外探测系统和先进头盔瞄准显示系统, 提高了飞机的夜战能力。由于具有高度综合的信息处理和信息融合功能, 增强了飞机的协同作战能力, 使飞机可以在信息化战场条件下完成作战任务。

1.2 飞行员的工作负担减轻

第四代战斗机航空电子系统采用触摸式屏幕显示、先进的头盔瞄准显示等系统, 为飞行员提供了更加舒适的工作环境。飞行员有更多的时间和精力可以去思考战术决策等问题。第四代战斗机航空电子系统还采用了驾驶员辅助决策技术一旦出现新的情况, 系统会自动提示飞行员, 并生成多种备选对策、辅助飞行员进行决策, 大大减轻了飞行员的心理压力和工作负担。

1.3 飞机的使用维护方便

第四代战斗机航空电子系统具有高度的模块化结构和自检测功能, 可实现故障的快速定位和隔离, 甚至将故障定位到某个可在外场更换的模块, 维护人员只需更换故障模块即可排除故障。这样就大大方便了系统的维护, 提高了飞机的可维修性和再次出动能力。

2 第四代战斗机航空电子系统的结构特点[1,4]

从F-22飞机看, 航空电子系统的结构特点是系统按功能区划分, 采用高度模块化设计, 采用高速数据总线, 采用高度综合的座舱显示系统, 采用大规模软件技术, 采用先进传感器并进行多传感器信息融合, 实现了系统容错和重构功能。

2.1 功能分区

F-22的航空电子系统采用了“宝石柱”计划提出的功能分区概念, 将系统划分为传感器区、任务处理区、座舱显示控制区和飞行控制区。这与三代机航空电子系统采用的总线对各分系统互连相比, 大大提高了系统的综合化程度。

高度模块化的设计F-22的航空电子系统由许多可在外场更换的通用和专用模块组成, 在物理结构上实现了高度的模块化。

2.2 高速数据总线

采用高速数据总线是F-22航空电子系统的一个重要特征, 也是实现系统高速大容量数据传输, 以及容错、重构和资源共享的关键。高速数据总线采用“令牌”环网访问控制协议, 每个终端都有获取“令牌”的机会, 实现对总线的存取访问。F-22飞机采用的高速数据总线是50兆比特/秒的光纤网络, 比联合式航空电子系统采用的1553B总线的传输速度1兆比特/秒高50倍。

2.3 高度综合的座舱显示系统

F-22飞机采用了高度综合的座舱显示系统, 座舱显示由1个平视显示器和6个下视显示器组成, 可为飞行员提供全面的战场态势信息和相关飞行信息, 具有良好的人机界面和较高的人机工效。平视显示器是视场为20°*30°的广角全息显示器, 6个下视显示器分别显示通信导航识别、飞行、战场态势、攻击、防御、外挂武器及投放物等信息。

2.4 系统容错和重构

系统容错和实时动态重构技术, 是第四代战斗机综合航空电子系统的关键技术之一。F-22航空电子系统通过资源共享、功能分区和采用模块化结构设计, 实现了系统的实时动态重构, 使单个故障的影响被系统所包容而不会危及多个功能, 这样, 既改善了系统故障容错特性, 又较好地解决了系统在性能、可用性及成本之间的矛盾。

2.5 采用大规模软件

F-22飞机航空电子系统软件由万行源代码编写而成, 这是首次在战斗机上大规模地使用软件, 成为区别于联合式航空电子系统的又一个典型特征。软件系统沿用了为“宝石柱”计划研制的航空电子实时操作系统, 由系统执行程序、核心执行程序、分布执行程序组成。现代航空电子系统对软件的需求越来越大, 这标志着综合航空电子系统已由电子机械密集型向软件密集型过渡。同时, 系统软件的大规模增长, 也是航空电子系统成本占飞机总成本的比例不断增大的主要原因之一。

2.6 先进传感器及多传感器信息融合

F-22首次在战斗机上采用有源相控阵体制的火控雷达, 配装的有源相控阵雷达APG-77是目前功能最齐全、性能最先进的机载火控雷达之一。此外, F-22飞机还装备了先进的通信导航识别系统和电子战系统, 并实现了对多传感器的综合管理和信息融合, 极大地提高了飞机对战场态势的全面感知能力。

3 第四代战斗机航空电子系统的主要技术[1,4]

就第四代战斗机航空电子系统而言, 其主要技术有:

3.1 航空电子系统综合技术

航空电子系统综合是对系统中所有分系统和设备的高度集成, 是充分利用系统资源、提高系统性能、降低系统成本、减少安装空间、减轻飞行员负担的发展途径。系统综合需要重点考虑战技指标的分配、系统的配置、功能的匹配、结构的选择、资源的共享、信息的统一调度、容错和系统重构、系统自监测和维修支持等问题。

3.2 传感器综合技术

传感器的综合是航空电子系统综合的关键技术之一, 主要包括射频传感器综合和光电传感器综合。它将系统的通信导航识别、电子战、雷达、红外搜索跟踪、前视红外、激光测距/照射等各自独立的传感器, 按射频和光电两个频段综合为一个系统。

3.3 智能化座舱显示控制技术

座舱显示控制是通过驾驶员与飞机及机载设备之间的人机界面来实现的。第四代战斗机的智能化座舱显示控制技术, 主要包括全息广角平视仪、大屏幕有源触摸屏式液晶显示器、语音告等;控制器、握杆操纵控制器、正前方控制器等技术, 以及多平台、多传感器数据融合技和驾驶员辅助决策人工智能技术。

参考文献

[1]张加圣, 王海涛, 万小朋, 赵美英.第四代战斗机的性能指标分析[J].航空科学技术, 2008, (4) .

[2] (英) 杰克逊.战斗机发展史[M].北京:中国市场出版社, 2009, 12.

[3]梁德文.战斗机航空电子系统最新的发展趋势-网络化[J].电讯技术, 2008, (6) .

航空电子信息技术 篇6

1.1 软件特征

航空电子综合化技术的引入,使得新一代综合化、模块化航空电子系统IMA(Integrated Modular Avionics)具有资源高度共享、数据高度融合和软件高度密集等技术特点。其中机载软件在航空电子系统中起到举足轻重的作用,飞机每一个动作的完成都离不开软件的支持,飞行员的每一个意图也必须依靠机载软件才能完成[1,2]。

综合化航空电子系统对机载软件带来的变化主要体现在[3]:(1) 软件高度密集;(2) 高速并发处理;(3) 可重用性、可移植性需求增强;(4) 任务关键级别与安全保障问题;(5) 资源的确定性使用;(6) 软件的工程化。

相对于独立式航空电子系统,综合化航空电子系统的各个模块协同、交互、资源共享,共同完成相关任务,信息安全问题已经成为其面临的主要挑战之一。

1.2 结构特征

综合化航空电子系统结构呈现出综合化、模块化、标准化和通用化等特征。除此之外,影响系统安全性的另一重要特征是系统的开放性[4]。

采用开放式系统结构有助于用最低的寿命周期费用达到所要求的性能, 但另一方面,系统的开放性对系统的安全性提出了更高的要求。开放式航空电子系统结构实质上提出了一种新的航空电子系统的互联结构[1],这种互联的接口是开放的,在满足航空电子系统的数据传输、通信和一定容错能力等条件下,接口标准要求具有交互性、可移植性和规模可变性等特点,相应地就需要更高的安全性保证[7,8]。

1.3 安全特征

由于系统结构和机载软件的特点,综合化航空电子系统安全与传统软件安全有很大的不同,具有最高安全级别,主要体现在系统性能(实时性和可靠性)和资源服务(机密性、完整性和可用性)两方面[9,10]。具体特征有:(1) 实时性;(2) 可靠性; (3) 机密性;(4) 完整性;(5) 可用性。

综合化航空电子系统与前三代系统相比在设计、手段、方法等方面发生了本质性的改变,在提高飞机各项性能的同时,也为飞机的安全性带来新的挑战:软件规模的急剧膨胀降低了软件的可靠性,资源高度共享使系统更容易受到恶意侵蚀。

综合化航空电子系统的任务性能要求系统运行性能高、实时性强、可靠性高并具有容错能力;操作性能要求系统模块化、通用化、构件标准化、可互换、现场维护性强;全寿命成本要求系统在全寿命周期内,尽可能降低开发成本、维护费用。为了解决这些问题,各军事强国,特别是美国,制定了一系列规范,从80年代的“宝石柱”计划,到90年代的“宝石平台”计划[5],一直到现在的ASAAC规范,都对航空电子的发展方向起着非常重要的指导作用。

ASAAC提出五年两步走的计划,将形成完整的、经过验证的军用核心航空电子系统标准。为了从可以减少成本的COTS(Commercial off-the-shelf)技术得到好处,准备从商用标准出发得到要求的标准。第一阶段从1992年9月到1994年4月,主要是开展制定核心航空电子体系结构的概念性研究,通过第一阶段的研究工作形成了三层软件模型和系统蓝图。第二阶段的工作从1999年12月到2003年9月,主要研究核心处理系统的框架,制定了硬件和软件标准[6]。

2 综合化航空电子系统安全威胁、隐患与需求

航空电子系统综合化后,各子系统之间相互联网通信,资源高度共享[11]。相比独立式航空电子系统,综合化航空电子系统存在巨大安全威胁和隐患。ASAAC规范分析综合化航空电子系统安全威胁主要来自恶意软件侵蚀系统,表现有旁路、妥协、篡改、扩散、隐蔽通道、病毒、颠覆等[3]。除了恶意软件的侵蚀外,综合化航空电子系统还存在环境干扰、设计中的缺陷、错误操作、维护不当、系统故障、被窃听、非授权访问、电磁泄露、飞行器受损、人为干扰、物理攻击、开发人员恶意编程等安全隐患[12]。这些安全威胁与隐患对系统的影响有所不同,具体如表 1所示。

ASAAC规范建立了综合化航空电子系统安全体系结构,并提议了相应的安全模式。不同于其他系统,综合化航空电子系统要求的安全级别最高,需要达到信息技术安全评估准则CC描述的最高安全级别,即形式化验证的设计与测试[13]。研究航空电子系统软件安全技术,为软件提供运行环境是综合化航空电子系统面临的新问题。

针对综合化航空电子系统所受到的各种威胁和存在的安全隐患,综合化航空电子系统安全设计必须考虑以下需求[9,14,15]:(1) 具有保护敏感数据的能力;(2) 具有和地面进行安全数据交换的能力;(3) 在一些情况下(飞行器坠落、被敌人捕获和系统失败等),具有删除敏感信息的能力;(4) 具有多层次的访问控制策略;(5) 具有划分数据安全级别的能力;(6) 具有识别和记录审计事件的能力;(7) 鲁棒性的抵制意外或者恶意数据异常以及数据毁坏,同时抵制未授权的信息监测和软件入侵;(8) 系统必须能够始终处于一种安全状态;(9) 综合化航空电子系统组件的实现不能和安全处理环境的可用性相抵触;(10) 被部署的安全策略不能影响核心系统或者限制非安全相关功能应用的性能。各种安全需求和力图解决的安全隐患之间的关系如表 2所示。

3 综合化航空电子系统安全体系结构

3.1 系统体系结构

综合化航空电子系统体系结构是三层栈TLS(Three-Layer Stack)结构的层次化分布式系统[16,17],如图 1所示。

应用层和操作系统层之间的接口为APOS(Application Layer / Operating System Layer Interface),操作系统层和模块支撑层之间的接口为MOS(Module Support Layer / Operating System Layer Interface)。通过这些接口使得三个层次之间相互独立。

分布式机载实时操作系统将机载软件进行分层管理,使应用软件与操作系统接口、操作系统与硬件接口规范化,从而解决了机载软件的重用性、移植性和安全性等问题[18,19,20]。综合化航空电子系统软件总体结构如图 2所示。

(1) 机载实时分布式操作系统

由于航空电子系统综合化的要求,航空电子操作系统发生了本质的变化,分区、虚拟资源、虚拟结构、健康监控、蓝图等新思想被广泛引入到航空电子操作系统中,力图解决航空电子系统软件的可移植性、可重用性、模块性和关键级别的集成性问题,以达到应用与应用分离、应用与操作系统分离、操作系统与硬件资源分离[21]的目的。

ARINC653提出的“分区”概念,实现了分区与分区间、分区与操作系统间在存储空间上的隔离,以保障故障的不可蔓延[1]。空间隔离机制如图 3所示。

分区的概念是综合化航空电子系统中机载实时分布式操作系统的“灵魂”,是保证安全关键软件可靠性和确定性执行的核心技术,也是综合化航空电子操作系统与现有的实时操作系统的最大区别,它的实现可以有效地保证实时运行任务时间/空间的确定性,并有效地防止其它分区错误任务的影响;同时,分区调度是解决系统时间隔离的技术关键,既确保了航空电子任务按预期的时间节点享用处理机资源,又可以防止某分区恶意或非恶意地侵占其他分区的时间,解决系统/各个分区中的时间一致性和精确性问题。

(2) 功能性应用和应用管理

应用管理AM(Application Management)负责管理应用层的功能性软件,如雷达系统、飞行任务、交通管理系统等。应用管理与操作系统之间的接口称为APOS,与通用管理系统之间的接口称为SMLI。

(3) 通用管理系统

通用系统管理GSM(Generic System Management)是综合化航空电子系统中机载实时分布式操作系统的核心功能性组件之一,由健康监控(HM)、故障管理(FM)、配置管理(CM)和安全管理(SM)四部分组成,负责整个航空电子系统的故障过滤、处理、恢复和系统重构,系统上/下电,任务模态管理和综合测试维护管理等众多功能,系统通讯的透明性、安全性也是依靠GSM而得以实现。GSM的故障管理是实现应用软件可移植性和提高系统可靠性的一个重要实现途径。

(4) 蓝图

蓝图(BP)包含着整个系统的配置和管理信息,如进程描述、路由信息、故障管理树等。系统工作的每一步都由运行蓝图RTBP(Runtime Blueprints)机制进行描述,RTBP具体描述了应用任务的各种资源要求、与其它应用的通讯配置、故障处理信息(故障过滤算法、故障处理动作)等信息,这些信息作为GSM的输入参数,来指导系统重构、故障处理。在蓝图机制的支持下,系统可满足确定性要求,即任何情况下都可预见系统的行为。GSM只是提供处理引擎,以实现蓝图的要求,蓝图则是系统管理和运行的灵魂。访问运行蓝图必须通过统一的SMBP(System Management to Blueprints Interface)接口进行,以保证蓝图维护和存储的透明性[22]。

(5) 模块支撑层

模块支持层(MSL)解决操作系统与硬件平台的隔离问题,达到操作系统与硬件的相对独立性。

美国军队的联合战术无线电系统(JTRS)和美国空军F35联合作战战斗机上采用的MILS(Multiple Independent Levels of Security/Safety)是一个已经工程化实施的安全架构。是基于Rushby提出的“分离”思想[23,24,25]的高确保性安全架构,通过分离构建了层次化的安全服务。每层利用下层的安全服务给其上层提供新的安全功能,每一层只需要保障本层所提供的服务是可信赖的而不关心其它层的实现。这种在空间和复杂性上受限的可靠性保障机制为高确保系统提供可管理的、可控制的和可验证的实现机制。但是MILS系统将不同安全级别的应用集成到一个硬件平台上,面临着处理不同安全级别信息的问题。

3.2 系统安全管理

航空电子系统是由若干个嵌入式平台实体组成的分布式系统,系统的安全管理是由每个实体上的应用安全管理(AM-ASM)和通用系统管理安全管理(GSM-SM)来实现。系统的安全管理分为三级:飞机级AC(Aircraft)、综合区级IA(Integration Area)、资源元素级RE(Resource Element)。AC级的系统安全管理负责控制和监控整个系统的安全。IA级系统安全管理负责控制某一子功能模块的安全,RE级系统安全管理是最底层的系统安全管理,负责单个PE(Processing Element)的安全。综合化航空电子系统安全管理结构如图 4所示。

操作系统分区思想、蓝图机制和虚通道机制,是系统安全性实现的三大核心。分布式机载实时操作系统分区的思想为整个系统的应用程序提供了时间隔离和空间隔离的安全运行平台,是系统安全性的基础。蓝图机制引导系统确定性工作,是系统可靠性和可用性的保证。虚通道机制实现了通信的透明性,基于虚通道的消息加密、消息鉴别和身份认证更好的保护了通信中消息的机密性和完整性。综合化航空电子系统安全原理架构如图 5所示。

4 综合化航空电子系统安全机制

4.1 虚通道

虚通道为所有进程间通信提供独立通道。一个虚通道仅仅传输特定的数据项或者数据集,即虚通道是面向数据的,实现了通信的透明性。另外,虚通道还具有单向性和保持数据机密性等安全特点[26]。

虚通道通信的参数在蓝图中定义。基于蓝图中的定义,发送方和接收方的安全管理系统发起操作系统中通信实体的建立和配置。整个虚通道通信协议分4层实现,包括本地虚通道LVC、全局虚通道GVC、传输连接层TC、网络层NC,如图 6所示。

应用任务只使用本地虚拟通道LVC,当应用任务从一个模块迁移到另一个模块上运行时,可以不必修改配置,实现应用任务的传输兼容性,这对系统实现动态容错与故障重构非常有利。采用基于虚拟通道的通信协议的另一好处是,针对不同的硬件传输介质,可以做到TC以上对硬件的透明性[27]。

4.2 消息加密

消息加密基于虚通信机制,提供了进程间通信消息的机密性,同时保证系统内高安全级别数据不会向机内泄露。消息加密的方式可采用硬件芯片加密或在系统软件中增加加密算法模块。

消息传输过程如图 7所示,其中消息加密采用加密算法模块实现。在消息的发送方和接收方,消息流经操作系统时先被阻塞并由虚通道管理模块进行安全性检查,决定是否需要进行安全处理,如消息加/解密、身份认证和消息鉴别等。出于性能考虑,综合化航空电子系统的消息加密采用对称密钥方式。

4.3 身份认证

身份认证是为了确认消息发送者身份,防止欺骗。由于虚通道机制定义了一个源分区与一个或多个目的分区之间的逻辑连接关系,消息单向传输且有固定的接收者,因此身份认证的工作就是确定通道中的消息确实是由预计的源分区发送的。

出于性能考虑,综合化航空电子系统的身份认证大多采用对称密码体制。同一个虚通道连接的发送方和接收方对应相同的密钥,初始化时根据虚通道标识进行加载。

4.4 授 权

授权的目的是确认主体(分区或进程)是否有权访问客体(系统服务或资源),阻止了对系统服务或资源的非授权访问[28,29]。

在考虑授权问题时,使用了多级安全引用监控[26]。安全引用负责系统安全策略的实施,包括BLP模型。BLP位于TFC机制中,是典型的信息保密多级安全模型。BLP模型在处理机密数据时,不允许低安全级别的主体读取高安全级别的信息,也不允许高安全级别的信息泄露到低安全级别的分区[30,31]。

授权与其他安全机制(如身份认证、消息加/解密)协同工作,为系统的通信安全提供了有力的保障。

4.5 可信功能调用

在一个实现内存分配的处理单元中,需要一种机制在进程和操作系统间传递数据和服务请求,这样的机制称为可信功能调用。

可信功能调用机制为请求服务的进程和服务提供者之间,更严格的说是为一个模块中内存分区之间传递信息提供了一种安全机制。可信功能调用过程如图 8所示。

可信功能调用机制执行两个与安全直接相关的任务:

为每个请求服务的进程授权(或者虚拟进程,如操作系统)。

通过比较请求线程的许可证书和受访对象的级别,证实是否遵循系统安全策略。

TFC提供了一个简单的机制将分隔的进程联系起来,同时保持分区独立性的特性。服务所调用的参数和返回值通过特殊的内存块传递,这个特殊的内存块是唯一可以让请求与响应者在不同时间均可访问的,这有助于加强数据的保密性和分离性。

4.6 数据域分割

数据域分割通过对高域数据和低域数据进行物理隔离从而达到了模块内的数据分割,它是内存分区机制的一种增强技术。值得注意的是,数据域分割本身不能提供高域数据区域内进程间的隔离[32]。

为实施这一机制,首先在模块内创建高域处理区,并通过一个可信接口与模块内其它部分分离,高域进程被限制分配于高域区域,如图 9所示。

数据域分割机制阻止了模块内高域与低域之间的非授权通信和高域数据的泄露,提高数据的机密性和可用性以及系统的可靠性。

4.7 物理分段

物理分段是把系统的通用功能模块(CFM,Common Function Module)从物理上分隔成一系列的域。分区机制同时满足网络上隔离,通过使用可信接口来实现不同域间的通信,如图 10所示。

每个物理分段使用一个可信模块作为可信接口,不同段的可信模块间通过特定的端-端通信链路连接。可信模块包含提供段间网关的进程,这些进程必须是可信的,因此这些可信进程需使用认证和授权服务,必要时还需要加密消息。

4.8 内存分区

内存分区机制提供处理器或者模块内的数据分离,一般是在软件的管理之下由专门的硬件来实现。针对一个可分配地址的内存区域,通常是相邻区域,该机制将一个或多个相互之间不重叠的内存区域分配给一个进程,为进程提供数据保护功能,以防止一些破坏性进程越区非法访问数据。

物理硬件对内存分区机制的支持保证了任何进程不能读写属于其他进程的内存空间,阻止了由于垃圾数据覆盖有效数据而导致的内存地址错误,保证内存中数据的机密性和完整性。

4.9 内存擦除

内存擦除发生在以下情况下:(1) 空闲内存重使用前;(2) 系统关闭前;(3) 进程运行结束后;(4) 进程被命令擦除自己的数据。

使用过的内存空间被分配给新进程之前发生,进行内存擦除可有效阻止敏感数据在进程间的传输,防止敏感数据的泄露。

4.10 数据加密

数据加密指是对大容量存贮器MMM(Mass Memory Module)上存储的数据进行加密。数据加密提供了存储数据的机密性保护,避免残余数据泄露等安全隐患。

一个软件模块或应用数据是以密文形式或明文形式存贮于大容量存贮器,以及加密使用的密钥等都在蓝图中进行定义。

即使是在大容量存贮器被敌人占有的情况下,数据加密依然能够阻止对大容量存贮器上数据的非法访问,保证了数据的机密性。

4.11 故障管理

故障管理是对故障的检测,定位,记录,预防,屏蔽以及隔离等的一系列操作,使系统处于一种安全可靠的状态[33]。

故障管理器是故障管理功能的实施者,产生故障日志和审计数据。当故障管理器检测到一个故障时,如果怀疑此故障可能造成安全威胁,它会直接交于安全管理进行处理。蓝图中应该包含可能会造成安全威胁的故障信息。例如路由表遭到破坏,消息可能被误传,故障管理器可以检测到被误传的消息,通过相应的措施使得未授权者无法接收此消息。

通过使用高效的故障检测机制(FDM),能够快速准确的检测到软件和硬件中的故障和错误。另外,故障管理具有近二十种管理技术,如一致性核查、边界核查、奇偶校验等,同时故障容忍、故障修正和故障恢复技术也在故障管理中得到了应用。这些机制或者技术使得故障管理在保障系统级安全性、可靠性、可维护性、易测性、实用性和完整性起到重要的作用。

4.12 审计日志

审计日志记录了所有与安全相关的行为,以及检测到的相关故障,供分析使用,它由系统集中管理。安全处理类程序可以离线或在线分析审计日志,扫描安全漏洞,进而采取相应的解决措施。

审计日志具有资源消耗少,安全级别高的特点。它能够抵抗多种威胁系统安全的攻击,如非法访问、病毒、人为干扰和系统运行错误等,同时还可以协助其他的防范措施保证系统安全性,是系统必不可少的安全机制。

5 结 语

综合化航空电子系统具有高度信息化、综合化、模块化和开放性的特点。各子系统之间相互联网通信,资源高度共享、数据高度融合和软件高度密集等使得综合化航空电子系统存在巨大的信息安全隐患。信息安全技术已经成为影响飞机安全和任务执行的关键因素之一。本文深入分析和比较了各种综合化航空电子系统安全机制,并给出了相应的安全解决思路。通过这些分析和比较,我们希望为实现具有高可靠性、高可生存性和高可用性的综合化航空电子系统安全技术奠定基础,为研制适合于我国新一代飞机的安全综合化航空电子系统提供思路。

未来综合化航空电子系统安全必须从底部开始构建,以便根据安全级别来分离数据,并实施严格的数据访问限制,确保只有得到特殊授权的用户才能访问制定的数据。结合目前的研究,MILS(Multiple Independent Levels of Security)安全架构是未来综合化航空电子系统安全的主要研究方向。

航空电子信息技术 篇7

随着科技的不断发展, 航空事业在近年来有了非常大的发展。我国的航空事业也稳步前进, 并且逐步呈现上升的趋势。为了能够更好地发展航空事业, 航空技术的发展与应用是非常重要的。在航空技术中, 电子技术占据举足轻重的地位。为了保证航空过程中及时反馈以及针对地面的对接信息等, 都需要电子技术的支持。此外, 为了能够确保航空航天的技术稳步发展, 对于电子技术的探究也显得非常重要。当然, 在发展与开发的过程中, 航空电子技术也存在一定的问题。因此, 需要根据现有问题进行分析, 寻找解决措施。此外, 对于航空电子技术的发展趋势也要进行一定的分析。

1 航空电子技术简析

对于航空电子技术而言, 主要就是针对目前航空航天事业中, 应用的电子系统、电子元件以及网络的结合技术。对于对地的实时连接以及如何更好地实现航空的巡航以及智能化航行, 都有着一定的奠定性作用。因此, 为了能够保证航空事业的稳步发展, 奠定良好的航空电子技术是非常重要的。

2 航空电子技术存在的问题

随着科技的不断发展, 电子技术的不断结合应用, 让我国的航空航天事业有了较大的发展空间。但是, 由于技术的局限性以及现存的一些问题, 让航空电子技术在一定程度上还是存在着问题的。比如在智能化方面, 还是有一定的欠缺, 不能够保证真正的智能化, 依然是建立在人工操作的基础上的智能化系统。而在安全性方面, 电子系统容易出现问题, 并且遭受意外事件的时候, 完善性较难, 从而造成了一定的潜在安全隐患。因此, 需要对现有问题进行分析, 从而加强航空电子技术的可靠性[1]。

3 航空电子技术的发展趋势

针对目前航空电子技术存在的问题, 应该通过不同的方向进行分析, 从而制定完善的解决措施。现有的航空电子技术虽然较为完善, 但是未来的发展空间还是非常巨大的。由于目前航空航天存在的问题还是很多, 并且在安全性方面依然存在诸多的问题。因此, 对于未来的航空电子技术的发展, 应该从以下几个方面进行探讨, 进而分析其未来的发展趋势。

3.1 航空电子技术向着智能化的方向发展

智能化是目前的一个大方向, 也是未来的主要发展方向。对于未来的航空电子技术而言, 智能化是一个必然的发展趋势。例如, 在一定程度上的智能驾驶以及智能导航, 这些都是基本的电子技术以及电子系统的功能[2]。此外, 为了能够加强智能化的发展, 需要根据航空电子系统的需求, 进行必要的智能计算。同时在智能化领域中, 要切实与计算机技术进行有效的结合, 保证在发展的过程中, 实现多元化以及多方向的发展趋势。

3.2 航空电子技术向着安全化的方向发展

虽然目前航空航天已经逐步走向成熟, 但是, 安全性的问题一直存在。近期出现的马航事件, 就可以得出结论, 航空电子技术还是存在一定的弊端性。航天飞机的电子系统, 在一定程度上起到安全的保障作用。为了能更好的实现航空过程中的及时通信, 与航空站以及不同的航空基站进行实时联系, 就需要航空电子系统保持稳定的效果, 从而在一定基础上实现稳定的续航与巡航能力[3]。

3.3 航空电子技术向着节能化的方向发展

航空电子技术的节能化, 是未来发展的必然趋势。由于航空过程中, 需要克服的阻碍过多, 因此存在很大的资源使用问题。此外, 在地球周边由于一些航空器械的丢弃, 造成了航天垃圾的大量堆积。这些对于航空航天的发展, 实际上都是一种阻碍和潜在的威胁。因此, 为了能够更好的解决这样的问题, 航空电子技术应该能够通过智能的巡航系统, 保证航天飞机在飞行的过程中, 能够有效避开此类太空垃圾。并且在处理的过程中, 能够进一步进行垃圾清除任务。目前, 具备航空技术的世界各国, 都在进一步完善这一电子智能巡航系统。通过针对性的进行垃圾清理, 对于全球化的航空事业是有非常大的促进作用的。而节能化的意义在于对于未来资源的匮乏的一种应对措施, 通过优化电子系统, 从而在能源利用上实现进一步的节约, 对于自然环境而言, 也是非常重要的。

4 结语

通过本文的分析, 可以了解到航空电子技术是我国目前的重点发展事业。航空航天的安全性以及长远性是目前最为重要的问题, 由于航空技术的发展还有待成熟, 因此对于其安全性以及节能型都需要一定的发展空间和发展过程。对位未来的航空电子技术的发展而言, 可以从其安全性, 节能环保以及可再利用性进行探讨。通过对我国的航空电子技术的进一步研发, 以安全为主导的电子系统必然成为未来航空电子技术中的主流技术。此外, 针对太空垃圾的不断增多, 对于电子巡航系统的进一步研发, 也显得至关重要。总之, 根据现有技术的发展趋势以及存在的问题进行分析, 从而最大限度地实现航空事业的发展, 是航空电子技术的发展目标。

摘要：随着科学技术的不断发展, 针对航空事业的推动力量也在不断的提升。为了能够更好地发展航空事业, 需要针对航空技术进行针对性的研究与探讨。文章通过对航空电子技术的分析, 探讨目前我国航空电子技术存在的一些问题, 并且针对这些问题探讨解决方法。此外, 根据目前的技术发展模式以及技术硬件手段来探究航空电子技术的发展趋势, 从而有效地推动我国航空事业的发展。

关键词：航空电子技术,发展趋势,存在问题,探析

参考文献

[1]吴恒玉, 唐民丽, 何玲, 等.基于89S51单片机的数控直流稳压源的设计[J].制造业自动化, 2010 (1) :95-96.

[2]何兵.基于MCS-51单片机的步进电机正反转控制实现[J].泸州职业技术学院学报, 2008 (1) :56-59.

航空电子信息技术 篇8

关键词：综合航空电子系统,故障诊断,健康管理技术

综合航空电子系统在当今航空事业的发展中占领着重要的位置, 它功能强大, 能够承担许多与航空有关的任务。由于综合航空电子系统所存在的环境存在一定的复杂性, 所以在发挥作用的过程中会出现故障, 严重影响到航空器的安全。因此, 为了有效地减少危险性的发生, 就必须对综合航空电子系统进行故障诊断, 才能够起到降低危险性的作用, 保证航空器飞行时的安全。故障诊断与健康管理技术也被称为PHM技术, 在综合航空电子系统的维护方面也有着积极影响, 这项技术极其重要, 能够降低维修成本, 更大限度地保证航空器运营时间。

1 综合航空电子系统故障诊断与健康管理技术研究现状

1.1 国外研究

在国内, 对故障诊断与健康管理技术的研究已经达到了前所未有的高度, 其中的原因在于国外科学技术的发展非常迅速, 这为PHM技术的研究提供了技术支撑。此外, 国外优秀的研究人士也为此做出了巨大的贡献, 不仅探索出了当今综合航空电子系统的发展特征, 而且针对其中的疑难问题, 进行讨论与钻研得到了满意的答案。以美国为例, 不仅有自己独特的监控系统, 而且通过应用PHM技术, 让直升机在完成任务中获得了更高的效率, 充分发挥了PHM技术的作用。

1.2 国内研究

我国对PHM技术的研究远远不及国外, 其中, 科技的发展落后于国外, 而且在优秀人才方面, 我国也处于弱势地位。我国对PHM技术大多限于理论研究, 在实际的应用中, 还处于比较薄弱的阶段, 在完整理论的构建方面, 也还需要做出更多的努力。综合航空电子系统的发展具有多面性, 必须通过科学的研究找出故障诊断与健康的管理技术, 才能够让我过航空事业的发展迎来更好的前景。国内对PHM技术的研究还应该加大力度, 才能够不断满足我国社会的发展需要。

1.3 整体需要加强

科技的发展非常迅速, 国家和社会也处于不断上升的发展趋势之中。综合航空电子系统也会得到不断的进步, 就需要更加先进的故障诊断与健康管理技术来与之相适应, 共同推动国家航空事业的进一步腾飞。因此, 不管是对于国外, 还是对于国内来讲, 都不能停止研究与探索的脚步, 而是应该在原来的基础上不断创新, 研究出更加具有权威性的PHM技术, 在现今以及将来的社会发展中创造更多的效益, 不断推动本国航空事业的发展与进步。

2 综合航空电子系统故障诊断与健康管理技术面临的挑战

2.1 数据获取困难

在综合航空电子系统的故障诊断中, 有许多地方都会应用到数据, 这些数据是航空器在发生故障时由于信号的改变而产生的, 但是要通过特定的运算方法才能够得到。因为在航空器发生故障时, 存在突发性的情况, 所以就难以根据信号的变化得到准确的估算值, 用于系统的故障诊断, 这就增加了诊断的难度。由于具备突发性特征的航空故障发生的频率较高, 所以就会对综合航空电子系统的正常运行造成严重的不良影响, 难以在规定的时间之内完成相应的任务。

2.2 故障模型建立困难

综合航空电子系统在发生故障时, 往往是多种因素共同作用的结果, 所以, 要想准确地诊断航空系统的故障, 就必须弄清楚各种因素所造成的损伤度有何种联系。这就需要建立故障模型, 对各类损伤的数据进行分析, 并且找出其中存在的联系, 判断各类因素的叠加会造成何种损伤的后果。但是在现实中往往会因为各种因素的复杂性而导致故障模型建立的失败, 无法根据模型来有效地诊断综合航空电子系统的故障。

2.3 电子元件各不相同

在综合航空电子系统中, 电子元件发挥着重要的作用, 它是航空系统正常发挥作用的关键所在, 必须保证其质量, 才能够保证航空系统的安全性。目前在我国, 科技的发展促进了电子元件的发展进步, 它的质量有了很大的提升。但是, 由于电子元件来源的不同, 生产标准的不统一, 也导致了电子元件在具体的质量方面存在许多差别, 比如使用寿命会有所不同。这会影响到航空电子系统故障诊断的精确性。

3 综合航空电子系统故障诊断与健康管理关键技术分析

3.1 分类监测技术

综合航空电子系统具备极强的复杂性, 其中电子元件众多, 且具有难以监测的特点, 就导致了航空电子系统监测的复杂性。基于这个问题, PHM技术具备巨大的优势, 因为它能够针对航空电子系统中的不同部分, 分别展开监测工作, 获取准确的数据, 以此作为航空电子系统故障诊断的依据。分类监测技术的存在能够为综合航空电子系统故障检测带来巨大的益处, 对于当今的我国来讲, 是技术上的一个巨大进步。

3.2 故障预测技术

综合航空电子系统在构造方面的特征决定了其故障诊断需要一定的技术, 系统中元器件数量大、种类多, 并且在发生故障时, 每一个组成部分都呈现出不同的特点。在故障状态时, 元器件处于检测阶段的时间非常之短, 难以在有限的时间之内得到准确的检测数据, 进而利用数据建立故障模型。而故障预测技术就能够解决这个问题, 虽然当前在我国这项技术的发展仍然不成熟, 但是也能够起到一定的作用。这项技术中所采用的累积法、预警监测法都是航空电子系统故障预测技术中的不二选择。

3.3 故障诊断技术

综合航空电子系统的故障诊断需要一系列的程序, 不仅要通过预测、计算这些步骤, 而且在必要时还要对监测的数据进行分析与结果的估测, 在故障位置的判断方面, 也要做到精准无误。在航空电子系统内部, 故障诊断法需要利用系统内部各个结构之间的关系, 辨识相关矩阵, 才能够促进故障模型的形成。在故障诊断技术中, 常用的主要是根据数据通过推理得出结论, 或者是通过分析模型来探究出航空电子系统的故障所在。

参考文献

[1]杨德才.综合模块化航空电子系统的故障预测与健康管理技术[J].现代电子技术, 2015, 05:125-128.

[2]卢海涛, 王自力.综合航空电子系统故障诊断与健康管理技术发展[J].电光与控制, 2015, 08:60-65+86.

航空电子信息技术 篇9

传统教学采用的课程教学模式是, 理论课程在先, 实践课程在后, 课堂上讲理论, 实训场所讲操作, 理论课老师与实践课老师不同, 教学内容脱节或不连贯, 形成了理论和实践两张皮的现象。这样的教学模式显然不符合高职学生的认知规律, 也不能满足职业培养的教学要求, 教学效率低, 有效性差。随着长沙航院各项教学改革的不断深入, 航空电子电气工程学院的专任教师的不断探索和实践, 航空电子技术与应用这门课程的教学做合一教学也逐渐成熟。

一、教学做合一课程的内涵

教学做合一教学模式, 是陶行知先生所创建的“生活教育”理论体系中最富有建设性、最具有可操作性的分支理论。教学做一体化教学模式, 是通过设计和组织, 将理论教学与实践教学有机融合于一体的一种教学模式。一体化教学模式应该充分体现“以学生为中心, 以教师为主导, 以培养学生的技能为目标”的教学理念, 师生双方共同参入教学的全过程, 在教中学、学中做, 做中学, 融教、学、做于一体。笔者通过在教学一线的实践探索经历, 来介绍航空电子技术与应用课程在教学做合一教学模式下项目———串联稳压电源的制作的具体实施过程。

二、串联稳压电源项目的教学过程及内容

通常对于原理图的学习对高职院校的学生是一个难点, 传统教学按照半导体二极管、三极管等等的介绍完了之后, 学生仍然不能识读原理图。教学做合一的方法运用到原理图的识别这个知识点时, 笔者采用倒推法教学, 先给出原理图, 让学生先查找、归纳元器件, 进而带着问题学习图中元器件性能, 识读单元电路, 最终完成原理图的学习任务。下面介绍项目具体如何通过5个任务模块进行实施。

1、任务一元器件符号的认知

如图一所示, 学生先查找元器件符号、归纳元器件的种类, 并且列表, 教师分类讲解这些元器件, 使学生带着问题学习元器件性能及作用。比较传统教学, 学生学习兴趣大大增强了。

2、任务二单元电路的认知

学生学习完元器件的认知后, 老师把图一勾出原理图中的单元电路:桥式全波整流电路、电容滤波电路、调整电路、基准电路、取样电路。让后引导学生逐一学习, 画出每部分单元电路处理后的信号波形, 讲解清楚电路的原理图结构。

3、任务三元器件的识别与检测

参照原理图一, 以小组为单位发放电路板中所需要的元器件, 进行元器件的识别与清点学习任务。通过元器件的识别完成元器件符号与实际元器件的对照, 然后结合元器件的性能与作用, 进行元器件检测的教学任务。

4、任务四电路板的安装与焊接

指导学生按照工艺要求进行电路板的安装:小功率元件贴底板安装, 色环电阻顺序一致, 先装配矮的元件再装配高的元件, 元件安装前必须先矫形, 有极性的元器件安装前必须要注意正负极等等。这些工艺要求在任务实施的过程中以投影的方式打出来, 提醒学生边做边学。电路板的焊接需要学生由老师指导焊接要领练习4学时再进行项目电路板的焊接。

5、任务五电路板的调试与参数测试

电路板安装完成之后, 引导学生对电路板的好坏进行调试, 并对电路中关键参数进行测量。直流稳压电源的调试需要外接变压器输出12伏交流电对电路进行供电, 整流滤波后输出15伏的直流电, 经过取样电路中RP1中心抽头的调节可以实现输出8-14伏可调的直流电压。根据这些基本参数, 引导学生找到电路板上对应点进行测试。

三、串联稳压电源项目的实施结果及评价

通过5个任务模块对串联稳压电源的项目的实施, 学生主要掌握的知识点有:整流二极管、稳压二极管、发光二极管、半导体三极管、电容的性能及作用;电路原理图中的单元电路的作用, 原理图的识读。老师在项目完成后参照5个任务的完成情况对学生进行教师评价, 学生的项目得分=自评*20%+互评*20%+教评*60%。通过笔者的实施尽力, 班上学生合格率达到100%, 优秀率达到20%, 学生对课程的满意度评价也达到100%。

摘要：高职院校人才的培养目标是培养面向岗位第一线的高级技能型人才。创新工学结合人才培养模式是当前各大高职院校研究的热点及重点, 本文结合《航空电子技术与应用》课程“教学做合一”教学改革的实践, 阐述串联稳压电源制作这个具体项目的实施内容及实施过程, 并对实施的结果及评价进行分析。

关键词：高职,教学做合一,串联稳压电源制作

参考文献

[1]陶行知.陶行知文集.江苏教育出版社, 2008.6

[2]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南.清华大学出版社, 2009.5

[3]刘映凯.谈项目教学法在课程教学中的规划和实施.辽宁高职学报, 2009.9