航空电子技术（精选12篇）
航空电子技术 篇1
航空技术是上世纪才出现的一门科学, 由于其高科技性和重要性, 各个国家对航天技术都非常的重视, 尤其是前苏联第一次把人送上了太空, 人们从古到今对宇宙的幻想成为了现实, 航空技术成为了20世纪最重要的一门技术, 也是衡量一个国家技术水平的重要的标志, 航天技术是一个综合性的技术, 而测控技术是航空技术的重要环节, 一般情况下来说, 航空是指地球大气层内的一些活动, 主要有火箭、卫星等方式, 测控技术在航空中的应用主要体现在对于这些飞行器的跟踪上, 随着我国的航空技术达到世界水平, 测控技术也得到了很好的发展。
1 航空测控技术简述
1.1 航空测控技术的概念
航空测控技术是随着航空技术而发展起来的一门学科, 国外的测控技术研究从上个世纪初就开始了, 受到我国经济水平和科技水平的限制, 虽然我国的航空技术在建国后不久就开始了, 但是对于航空测控技术的研究, 却是从上世纪80年代才开始的, 由于测控技术中需要进行大量的计算工作, 如果采用传统的人力计算方式, 很难完成越来越复杂的测控计算, 所以航空测控技术的发展, 无法离开计算机等高科技设备, 在我国航空技术发展的初期, 由于西方发达国家的经济和科技封锁, 我国的科学技术发展速度非常缓慢, 计算机的水平要落后世界很多, 当时甚至还没有超级计算机的概念从上面的分析可以看出, 航空测控技术的概念就是对数据的获取和处理, 而数据处理的过程主要就是通过计算机进行计算, 随着集成电路和超集成电路的发展, 电子行业为科技带来了新的动力, 这在很大程度上推动了航空测控技术的发展。
1.2 航空测控技术的特点
通常情况下, 航空测控技术主要可以分为两类, 一种就是对飞行仪器的轨道数据等进行测量, 另一种就是对飞行器的工作状态等参数进行测量, 随着我国航空技术的发展, 目前我国的航空测控技术也达到了世界先进水平, 在以往的航空测控系统中, 使用的很多设备和技术都需要从国外引进, 而西方国家对我国一直都存在技术封锁, 因此我国的航空测控技术发展, 很大程度上依赖前苏联和俄罗斯, 总所周知在航空领域中, 现在的俄罗斯和美国是当之无愧的老大, 而美国依靠的是先进的航空材料学, 俄罗斯依靠的是先进的空气动力学, 我国的航空技术中, 目前依然是技术优于材料的局面, 由此也可以看出我国航空测控技术的特点, 在航空测控设备上, 与发达国家还有一定的差距, 但是在相关技术的理论研究上, 已经处于了世界领先水平。
2 航空技术中航空测控技术的发展前景
2.1 大力发展基础技术
航空测控技术属于精密电子技术, 而精密电子技术离不开集成电路、数控技术、数字信号处理等, 因此要想发展我国自己的航空测控技术, 首先应该发展这些基础技术, 例如集成电路的发展, 目前我国的集成电路开发工作相对落后, 尤其是CPU领域的研发, 目前的计算能力和生产能力相对较差, 与国际先进水平有一定的差距, 在精密电子设备的使用中, 很多集成电路都需要从国外引进, 而数控技术作为一种自动化的控制技术, 在现如今的电子时代, 更是应该受到足够的重视, 在很多电子设备应用的领域, 都离不开对设备的位置、速度等进行精密的控制, 这种控制依靠人员操作显然无法保证精度, 尤其是一些精度达到了微米、甚至是纳米级别的控制, 只能依靠自动控制技术来实现, 在航空测控技术的应用中, 数控技术就是一个基本的技术, 由于在测控的过程中, 需要对飞行设备进行实时的调整, 而无论是外部飞行轨迹、还是内部温度等的调整, 都需要依靠数控技术来实现, 由此可以看出数控技术对于航空测控技术的重要性。
2.2 发展通用的航空测控设备
在实际的航空测控过程中, 根据测控的目标不同, 通常会建立一个针对性的测控系统, 目前市面上已经有一些公司开发的测控系统, 但是这些系统在使用时存在很大的局限性, 如果为了一次航空测控任务, 而设计一个系统或者采购一个系统, 那么在测控任务完成以后, 这套系统就只能进行闲置, 除非再有相类似的任务, 但是短时间内很难会有相类似的航空测控任务, 这就使得这种针对性的测控系统使用非常不方便, 在测控系统的设计和采购上, 经常会浪费大量的人力和财力, 严重的影响了我国航空测控技术和设备的发展, 要想从本质上改变这种现象, 就应该加强测控技术和相关设备的通用性, 根据航空测控的实际需要, 结合以往的航空测控经验, 制定一个测控标准化通用系统, 这个通用系统应该根据一定的标准进行, 例如可以按照速度分为高速、中速和低速三种测控标准, 然后测控系统设置大量的可调参数, 这样系统在实际的使用过程中, 就会有很大的适应性, 只需要进行一些参数设置后, 就可以进行相应的测控工作。
3 结语
通过全文的分析可以知道, 航空技术作为一门尖端的技术, 是目前各个国家研究的重点内容, 而航空测控技术作为一个基础性的技术, 其精密性和尖端性都较差, 但是其具有非常重要的作用, 因此要想发展好我国的航空技术, 必须深入的研究航空测控技术, 而在航空测控技术中, 集成电路和数控技术等都非常重要, 尤其是数控技术, 在整个电子领域中, 都能够得到很好的应用。
摘要：航空技术虽然经过了短短几十年的发展, 却已经成为了目前每个国家最重视的一门技术, 甚至是衡量一个国家技术水平的标志, 而作为航空技术中最基本的测控技术, 有关设备和理论的研究, 一直都是国家重视的内容, 本文根据航空测控技术的概念和特点, 对航空测控技术中的数控技术和标准化通用系统进行一定的研究。
关键词：航空技术,航空测控技术,浅析
参考文献
[1]微凉, 七丁.航空测控技术与设备应用调查报告[J].航空制造技术, 2008 (02) :62-63.
[2]孙先逵, 秦岚.远程测控技术的发展现状和趋势[J].仪器仪表学报, 2004 (S2) :562-564.
[3]曲卫, 贾鑫.我国航天测控系统体制与技术现状以及发展[J].科技信息, 2010 (14) :481-482.
航空电子技术 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）
论航空技术中的航空数字测控技术 篇4
我们把地球大气层内的一些活动统称为航空活动, 测控技术就是测量和控制, 航空中的测控技术主要是只对火箭、卫星等飞行器的跟踪和探测, 如果能够实现精确的测量, 再采取一定的控制手段, 就能够极大地提高工作效率。
2 航空数字测控技术概述
在航空技术发展的带动下, 航空测控技术随之发展起来。二十世纪初期国外航空技术研究者已经开始了对测控技术的研究, 而我国受经济和科技水平的限制, 在上世纪八十年代才开始对航空测控技术进行研究。航空测控技术是一项复杂的航空科学技术, 其研究过程涉及大量的数据计算, 因此航空技术的发展需要高科技设备的支撑, 传统的人力计算是无法满足研究需求的。我国在航空技术的发展初期, 缺乏与国外先进国家的技术交流, 发展速度十分缓慢, 计算机水平与发达国家存在较大差距, 当时还没有形成超级计算机的概念, 所以数据的获取和处理还是通过计算机计算完成的。近年来, 随着集成电路和超集成电路的发展, 电子行业的发展实现了极大的技术突破, 在电子行业的推动下, 航空测控技术也实现较大的飞跃。
通常我们将航空测控技术分为两类, 即飞行器轨道数据的测量以及工作状态等参数的测量。我国的航空技术在经过长期的技术和实践研究后, 取得了较快发展, 航空测控技术达到了世界先进水平。多年前, 我国采用的测控设备和技术大部分都是引进西方发达国家, 而西方国家实行技术封锁, 难以与其进行技术交流。前苏联和俄罗斯对我国航空技术的发展起到了极大的促进作用, 俄罗斯先进的空气动力学使其成为航空领域当之无愧的老大。目前我国的航空技术仍然存在技术优于材料的现象, 在航空测控设备水平上, 还与发达国之间存在一定的差距。
3 航空数字测控技术现状及发展趋势
3.1 航空数字技术现状
我国的工业和科学技术水平已经达到世界先进水平, 作为世界第二大经济体, 我国在航空领域取得了极大的技术突破。数字测控技术在科学发展的多个领域取得了广泛的应用, 在此形势下, 数字测控技术自身取得了较快发展。美国以先进的数字测控技术为支撑, 具备很高的航空水平, 如今的飞行器能够到达火星来实现科学技术的研究, 例如GPS导航系统具有极高的精确性, 是航空领域的一个重大技术发明。因此我们可以得出, 数字测控技术是航空技术中的重中之重, 我国充分认识到了数字航空测控技术的重要性, 对此投入了大量的人力物力, 从国外引进了先进的设备和技术, 经过大量的实践探索和研究, 取得了一定的成绩, 但是仍然有大量先进的数字测控技术没有应用到实际航空领域中去。目前航空中数字测控技术的应用主要有以下两方面:
3.1.1 航空控制程序
数字测控技术的应用离不开技术人员的实际操作, 人工智能和自动化技术的发展使得电子设备的自动运行成为了现实。在设定好轨道路线后, 飞行器能够沿着预定的轨道飞行, 智能控制芯片是电子设备自动运行的关键, 在智能芯片内写入控制程序后, 来执行相应的命令。随着信息技术水平的不断提高, 电子设备越来越复杂, 相应的控制程序也就越复杂, 因此对程序写入人员的要求越来越高, 不仅掌握设备操作流程, 还要熟悉程序的结构和模块设计情况。
3.1.2 数字测绘技术
数字测绘技术作为一项新的信息技术在航空领域取得了普遍的应用, 与普通的纸制地图相比, 电子地图具有方便快捷、使用效率高的特点, 对于周围地点的搜索更加精确。在飞机等航拍设备的协助下, 地图的精度得到了保障。数字测绘技术不仅能够用于绘制地图, 还可以用于地质的勘测。但是由于数字测绘技术应用成本较高, 而且技术尚不成熟, 其应用效果并不理想。我国在引入了国外先进的测绘设备和技术后, 结合我国实际情况进行一系列的实践研究, 完善了测绘方式, 一定程度上促进了我国数字测绘技术的发展。
3.2 航空数字技术发展趋势
3.2.1 大力发展基础技术
作为一项精密电子技术, 航空测控技术离不开集成电路、数控技术、数字信号处理技术等, 因此要加强对这些基础技术的研究和发展。数控技术是一项重要的自动化控制技术, 在电子时代的今天, 大部分电子设备应用领域离不开对设备位置、速度等参数的精密控制, 这种高精度的控制需要靠自动控制技术来实现。数控技术是航空测控技术的一项基础技术, 外部飞行轨迹以及内部温度调整等都离不开数控技术, 因此要提高对数控技术的重视程度。
3.2.2 发展通用的航空测控设备
在航空测控中, 会根据不同的测控目标来建立相应的测控系统, 虽然目前市场上已经出现了一些测控系统, 但是这些系统在实际应用中受限制的因素较多。针对性较强的测控系统使用起来非常不便, 我们不能因为一次航空探测任务而采购或者设计一个系统, 这样会造成人力和财力的浪费, 要想改变这种局面, 就要加强测控技术和相关设备的通用性, 设计出一个测控标准化通用系统, 来提高系统应用的适应性。
4 总结
航空技术是一项重要的尖端技术, 航空技术中的航空数字测控技术又是航空技术中的关键性技术, 因此, 我们要加强对其的研究和应用, 发展好集成电路技术、数控技术、数字信号处理技术等基础技术;加强对航空测井技术设备的研发创新, 设计出通用的航空测控设备, 促进我国航空事业的发展。
摘要：二十世纪, 航空数字测控技术的出现对航空事业的发展起到的极大促进作用, 全世界范围内也对该技术引起了高度重视。航空技术是上世纪最为重要的科学技术之一, 也成为了衡量一个国家科技水平的一个标志。本文在介绍了航空数字测控技术的基础上, 分析探讨了航空数字测控技术的现状以及未来的发展趋势。
关键词：航空技术,数字测控技术,现状,发展趋势
参考文献
[1]孙先逵.远程测控技术的发展现状和趋势[J].仪器仪表学报, 2004.
[2]曲卫.我国航天测控系统体制与技术现状以及发展[J].科技信息, 2010.
[3]微凉, 七丁.航空测控技术与设备应用调查报告[J].航空制造技术, 2008 (02) .
航空雷达数据总线技术研究 篇5
航空雷达数据总线技术研究
在给出航空雷选数据总线种类的基础上,详细阐述了RS-232C、RS-422A、RS-485、ARINC429、MIL STD_1553B等串行数据总线的信号特点、电气特性、和调制形式,并比较了它们的使用方法和应用条件,为航空雷达的深入研究奠定了基础.
作 者：王勇 张欣 钱玉莹 作者单位：中国人民解放军海军航空工程学院青岛分院,山东,青岛,266041刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(15)分类号：V2关键词：RS-232C RS-422A RS-485 ARINC429 MIL_STD_1553B
等离子体技术助燃航空事业 篇6
等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。
2011年5月12日，我国首个等离子体动力学国家级实验室在空军工程大学挂牌成立。说到等离子体与航空的关系，流传最广的就是所谓的“俄罗斯战机使用等离子体隐身”这一说法，除此之外，即使是热爱军事的朋友，对这方面的了解也比较有限，等离子体距离我们的生活实在是太遥远了。究竟什么是等离子体，除了“战机隐身”，它在航空航天领域又有哪些应用呢？
据空军工程大学何立明教授介绍，等离子体是一种非固态、非液态、非气态物质，而是属于电离状态的物质第四态，在宏观上呈电中性，其运动主要受电磁力的支配，并表现出显著的集体行为。目前，在航空领域的等离子体研究主要集中在隐身和空气动力两个方面。
记者了解到，曾有报道称，等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。例如在航空发动机上，风扇、压气机是航空涡扇发动机的核心部件，提高发动机的推重比，增加压气机的增压比是有效方法之一，随之带来的问题则是压气机出口面积急剧缩小、效率严重降低，而通过在压气机的特定位置上布置等离子体激励装置，则会有效改善压气机内气体的流动效果，降低分离损失。
美国、前苏联等军事强国上世纪60年代便开始了等离子体研究，近年来，俄罗斯在等离子体技术研究上屡获突破性进展，遥遥领先于其他国家。但在同时期，我国此方面的研究几乎为零。随着现代和未来新技术战机对飞机总体性能的要求不断提高，等离子体技术的不断发展和它在航空领域中所表现出的不可比拟的诸多优势，使其成为各国技术攻关的核心焦点，吸引了大批科研人员的目光，何立明也在其中。
2002年以来，何立明带领团队，在国内开始了发动机尾喷口等离子体红外隐身技术以及备受关注的等离子体强化燃烧技术研究，为推动我国航空航天事业的发展作出了重要贡献。
过去：起步晚 待突破
据了解，等离子体强化燃烧技术包括等离子体点火和助燃技术两方面。早在20世纪70年代，等离子点火技术就引起了各国专家的广泛关注，但由于当时的技术条件限制，其研究仅限于工业燃烧方面。“近年来，随着燃烧动力学和其他高科技的发展，等离子体点火与助燃技术逐渐受到航空航天动力界的重视。”何立明说，“等离子体点火的高温、射流和化学效应以及等离子体助燃所产生的化学、温升和气动效应能显著提高火焰的传播速度、强化在燃烧室内的燃烧过程，对提高航空发动机在恶劣条件下（空中再次起动）的起动可靠性，提高燃烧性能，增强燃烧的稳定性和减少对大气环境的污染具有重要作用和意义。”
记者了解到，2005年，美国将等离子体动力学列为美国空军未来几十年内保持技术领先地位的六大基础领域之一，同时美国空军推进系统研究实验室还将等离子体助燃列为未来先进发动机技术之一，而俄罗斯也开展了大量实验室原理实验。有报道称，俄罗斯和美国等航空发达国家已经研制出等离子体点火器，并在航空发动机上进行了高空点火试验。
何立明表示，国内等离子体点火与助燃方面的研究工作始于20世纪80年代，主要集中在燃煤设备（电站锅炉）的启动和助燃应用。一些高校、科研院所和锅炉制造厂等相继投入大量人力和财力，研究开发燃煤锅炉等离子点火和稳燃技术，并进行了数值模拟以及一些原理性的实验研究。自2007年起，空军工程大学才在国家自然科学基金及其他相关项目的资助下，结合重点实验室建设，开始探索等离子体点火与助燃的机理，建立了实验系统并进行相关实验研究。
何立明说：“我国等离子体点火与助燃研究起步比其他国家晚，技术基础也比较薄弱，特别是等离子体点火与助燃技术在航空发动机燃烧室中应用的关键技术还有待进一步突破。可以预见的是，如果突破了这个关键技术，将会为解决制约航空装备发展的瓶颈问题提供重要的基础支持，并能从根本上提升我国航空等离子体研究的创新能力。”
现在：缩短差距
等离子体点火具有等离子体射流核心温度高等技术优势，点火能量大、火舌穿透力强，可显著提高点火可靠性，缩短点火延迟时间，特别是有可能取消加力燃烧室的火焰稳定器，进而显著缩短加力燃烧室的长度，提高发动机推重比。但目前我国在等离子体强化燃烧技术研究方面，仍然面临诸多困难和挑战。比如，如何使燃烧室的工作范围足够大，在高温、低温或者高空小表速情况下也能可靠点火、稳定燃烧；如何在缩短激励燃烧长度的同时，能保证可靠点火、稳定燃烧，还能保证等离子体点火驱动电源和助燃激励电源的小型、轻型化和工作的可靠性等等，这些都是当下需要着重考虑的问题。
据悉，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已经将磁流体和等离子体动力学列为“面向国家重大战略需求的基础研究”中的“航空航天重大力学问题。”“当务之急是要加强对等离子体技术的研究，努力缩短与发达国家之间的差距，并学习国外的先进技术，尽快实现等离子体技术在我国航空航天领域中的应用。”何立明说，“航空等离子体动力学国家级实验室的成立，很好地证明了国家对等离子体技术在航空领域应用研究的重视，科研人员应好好把握此次机会，推动我国等离子体技术在航空领域的快速发展。”
作为等离子体强化燃烧技术研究课题组组长，何立明带领团队在国家的资助下，开展了一系列研究：如进行了在燃烧室中产生等离子体的条件、机理、方法的理论分析、参数控制及实验测试方法的研究，等离子体助燃效果计算、等离子体点火与助燃过程的数值仿真和影响因素分析，建立并完善了等离子体点火与助燃实验系统，设计了原理性实验的等离子体点火器，进行了点火特性实验，为等离子体强化燃烧研究奠定了初步基础。
不仅如此，何立明课题组还设计了原理性实验的等离子体助燃激励器，并进行了激励特性，激励器几何参数、激励参数优化，助燃特性实验和助燃效果分析，获取了一批重要的一手资料。在理论分析的基础上，课题组建立了等离子体点火与助燃条件下的燃烧室三维流场数值计算模型，计算、分析了等离子体点火与助燃的机理和参数变化对等离子体点火与助燃的影响规律。为开展基础性实验研究，研制出了用于航空发动机燃烧室的验证性等离子体点火驱动电源、点火器和助燃激励器，为进行航空发动机燃烧室实验件的地面和高空模拟验证实验奠定了技术基础。
近年来，何立明课题组以等离子体动力学、燃烧学和飞机推进系统原理为理论基础，围绕提高航空发动机动力装置燃烧室的点火可靠性，扩大稳定燃烧范围，开展等离子体强化燃烧技术研究，极大地推动了国家重点学科“航空宇航推进理论与工程”的建设和发展。2005年，以课题组成果为重要支撑的“建设特色鲜明学科专业培养新型军事航空工程人才”教学成果荣获国家教学成果二等奖；2006年，《航空燃气涡轮发动机原理》网络课程获全军优秀网络课程一等奖；2007年，《飞机推进系统原理》课程教材获得国防工业出版社“优秀图书”二等奖，2008年，此课程被评为国家精品课程。
“我们所取得的这些成果和奖励都有力地说明，经过一批科研人员的共同努力和近几年的大力建设和发展，我国等离子体技术的研究队伍和平台已初步建立。而国家级实验室的成立，更是推进我国在航空动力发展领域实现理论和技术创新的重要举措，也为国内相关领域发展学术研究和交流活动提供了共享平台。接下来我们要做的是开展更为深入的研究，突破目前仍然存在的瓶颈，拓宽我国等离子体技术在航空领域的发展局面。”何立明表示。
未来：争做后起之秀
一直以来，美国、俄罗斯等技术发达国家对航空等离子体动力学与技术研究十分重视，在这方面的投入也是大手笔，目前他们已经取得了一批具有重大影响和作用的成果。在国外，激光冲击强化、强流脉冲离子注等技术已经在工业上得以应用，且产生了巨大的军事、经济效益。不仅如此，这些国家的等离子体点火、低速等离子体流动控制技术已经完成试飞。而国内只有激光冲击强化实现实际应用，等离子体点火实现地面应用，其他技术只进行到原理研究或实验室验证阶段。
何立明说：“目前看来，我国与发达国家之间确实存在不小差距，但要想成为后起之秀也不是不可能，这需要有上至国家，下至科研院所、高校的支持和共同努力。去年等离子体动力学国家级重点实验室在空军工程大学挂牌成立，足以显示我国已经进入航空动力、飞行器气动力研究的前沿领域。未来，我国应大力发展航空等离子体动力学与技术研究，从而为航空装备研制和维修提供重要的技术支撑。”
我们相信，随着我国在等离子体动力学研究上的不断深入，中国在研制大推重比先进航空发动机的技术积累方面，将会更为深厚，从而也会为先进战机、航天飞行器等装备的发展奠定坚实基础。
航空电子数据总线技术研究 篇7
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
参考文献
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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.
航空电子展望 篇8
1 航空电子技术发展方向
就航空电子技术而言, 其未来主要的发展方向集中在传感器、COTS、开放式系统及其配套软硬件工程等方面。
1.1 传感器技术
当前, 有关传感器技术的应用费用已经占据航电系统总费用的70%。当前, 越来越多的传感器为了实现高精度、多功能性, 减少截获率而不断发展。其中, 射频传感器是当前该领域的重要发展趋势之一。针对新雷达制度而言, 不仅增强了其探测性能, 且提供了持续的驱动效力。当前, 有源相控阵雷达发展日趋成熟, 甚至投入装备领域。作为雷达领域新型技术之一, 相控阵体制与单脉冲、脉冲压缩技术、合成孔径技术等相比, 均更为高效、先进。有源相控阵雷达技术不仅具有极快的扫描速率, 且提供了多样化功能, 减少了截面积, 降低了拦截率。因而在高效探测识别领域具有广泛运用。利用软件重新构造波形, 针对可编程信号处理器展开有效处理, 能够极大地提升传感器性能, 借助于数据融合等技术, 能够保证目标信息的质量、准确性能等。
1.2 COTS技术
该技术即商用流行技术, 指的是将市场流行产品利用一定的改造, 在军装领域广泛应用的一项先进技术。该技术最早是在20世纪末诞生的, 其一经问世就在军事航空等领域得到了长足发展与推广应用, 该技术不仅于硬件领域广泛推广与运用, 而且在软件领域也有重要用途。COTS优势颇多, 具体如下:借助于强大的通用性能, 优秀的开放性能, 为系统提供了良好的兼容性能;借助于现代化科学技术, 推动了该技术的发展;具有较强的技术支持与可扩展性, 有助于产品更新换代与升级;能够直接通过货架采购, 保障了供货来源的稳定性;且采购费用低廉;研发及生产周期相对短;便于后期使用及维护保障, 维护保障成本低廉;无需投入庞大的费用专门开展研发。该技术应用于航电技术领域, 可以有效缩减配套组器件、模块数量。在应用该技术时需进一步加强该技术的推广应用, 以保证新航电技术运行过程的安全性、可靠性、稳定性。
1.3 开放系统结构
目前, 就市场、军用技术领域而言, 已实现了由传统封闭式结构朝开放式结构的转变, 这一转变就航空电子领域而言是严峻的挑战。其主要是利用开放式接口标准所定义的结构, 因此, 具有良好的可交互性、可移植性、可变规模等优势, 就系统结构而言, 其最大的优势在于其良好的经济性, 在系统开发、设计、使用、维护、更新等全过程, 可以显著降低成本, 增加其回收再利用的机会。为了达到开放式系统结构, 要求必须制订标准化接口, 以保证不同种类的产品研发均能依据标准规范进行。因此, 要求航电技术系统也必须加快制定开放式、标准化接口。就开放式系统结构来说, 这不仅关系着硬件设施, 还关乎软件系统。就航电系统软件而言, 包括操作系统、网络、程序、数据仓库等等, 均需遵循统一的标准, 并将可移植、二次应用、标准化、规范化、质量等有关要求分别融入表征参数之中。
1.4 软、硬件设计
模块化设计极大地简化了系统构架, 为该系统构架构建提供了基础。模块化设计需要基于SEM模块来进行, 能够将航电系统从三级维修成功朝着二级维修方向转变, 极大地减少了后勤保障成本。为推动航电系统实现高集约化、模块化, 必须采用模块化设计方式, 利用标准外场对模块进行更换, 此外, 还应尽可能不使用或少使用LRM。就系统功能设计而言, 必须结合系统架构及特性对所需软件结构进行科学选取, 若系统成功进入即时高速度计算发展阶段时, 必须加快分布式系统软件开发, 以尽快达到系统的可控化, 还应加强标准化接口研发利用, 以更好支持软件应用及可控化研究。
2 航电技术发展趋势
就航电技术而言, 其未来发展趋势将朝着信息化、综合化、网络化方向发展, 为了加快信息化建设, 解决网络化问题, 必须就配套设备、相关技术加强研发。
1) 综合化。这方面指的是航电技术集光电、通信、导航、雷达等配套设备、传感器技术于一体, 共同构成了多功能、多频谱相结合的综合化航电系统。
2) 信息化。这一趋势指的是为了有效提高航电信息的传输效率, 搜索、处理与应用功能, 借助于先进电子信息技术, 同时应用最新科学技术成果, 确保航电系统实现高集成化。
3) 网络化。这一发展趋势指的是借助于航电信息系统配套设施、装置等, 与航电网络实现有效联接, 从而能够带来更快速、高效的传输效率, 进一步拓展服务范围, 实现硬件、资源的高度共享, 继而提高系统的指挥能力、控制效果、生存性能等, 更好地借助于网络发挥系统对抗能力。如今, 网络化发展趋势已经成为航电系统的核心发展方向, 已经成为继“四代机”后该领域的又一关键发展趋势。
3 结论
综上所述, 航电技术在我国航空事业中具有广泛和深刻的应用, 不仅明显提升了飞机使用的稳定性、安全性, 还极大地满足了用户对于航空舒适度、经济性能等多方面的要求, 由此可见, 航电技术的广泛推广与应用已成为我国航空领域未来的发展潮流。
参考文献
[1]霍曼, 邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术, 2012 (4) :115-120.
航空视频图像定位技术 篇9
机载航空摄影主要特点是:几何分辨率更高, 视场角较大。因此, 位于扫描航片边缘的图像变形较大;另外, 航空平台的姿态远不如航天平台稳定。
但是, 航片获取的时效性很高, 图像分辨率相对于卫星遥感数据也比较高, 在很多对时间反应要求较高的应用领域, 航空摄影图像发挥着越来越大的作用。因此对于航片的处理有很高的实用价值。
系统几何校正是航空视频图像处理中的重要环节, 通常在遥感图像处理的前端。针对视频处理所采集的单帧视频图像, 并利用该图像对应的遥测数据, 建立几何校正模型, 对图像进行系统几何校正计算, 完成图像的系统级的初步定位, 校正因为传感器倾斜拍摄导致的图像像素的局部变形;系统几何校正处理关系到航拍图像的定位精度, 对于以后的地理精校正、情报应用处理等处理打下基础。
1 系统几何校正模型
本文利用坐标变换方法建立原始图像和输出图像的几何关系, 即几何校正模型, 其步骤如下:
① 建立从当地地理坐标系到相机的空间坐标系群;
② 完成各个坐标系之间的相互转换关系;
③ 把原始图像剖分成适当大小的矩形网格;
④ 根据坐标系转换关系建立几何校正模型;
⑤ 利用几何校正模型, 计算网格点 (i, j) 在WGS-84坐标系下的大地坐标 (LWGS-84, BWGS-84) ;
⑥ 利用 (LWGS-84, BWGS-84) 进行地图投影变换, 得到投影坐标 (Xi j, Yi j) ;
⑦ 再把 (i, j) 、 (Xi j, Yi j) 作为控制点, 利用多项式拟和方法, 对原始图像进行校正, 以下简称为“图像重构”。
1.1 系统概述
本文仅概述图像信息中与几何校正建模有关部分。图像信息获取由机载侦察设备 (光电平台) 完成。对于光电平台, 可以装载CCD光电摄像机 (简称CCD相机) 、前视红外热像仪 (简称红外相机) 。
飞机采用GPS和惯性导航系统进行组合定位、测量姿态;平台采用四框架两轴稳定。
1.2 坐标系
在几何校正模型中采用以下坐标系:
① 地球坐标系 (e系) , 采用WGS-84坐标系;
② 当地地理坐标系 (t系) ;
③ 机体坐标系 (b系) ;
④ 光电平台坐标系, 简称平台坐标系 (p系) ;
⑤ CCD相机坐标系 (c系) ;
设图像共Ic行、Jc列, 中心坐标是 (Ic/2, Jc/2) , 像元cp在图像中的行、列数分别为Icp、Jcp, 像元大小为lc×lc, 相机焦距为fc, 则其相应扫描角αc, 偏角βc, 根据画幅式相机摄像原理有:
(6) 红外相机坐标系 (h系)
设图像共Ih行、Jh列, 中心像元坐标是 (Ih/2, Jh/2) , 像元hp在图像中的行、列数分别为Ihp、Jhp, 像元为方像元lh×lh, 因为图像为正像, 则:其相应的扫描角αh和偏角βh, 则根据全景摄像原理有:
1.3 坐标转换
系统校正的目的是利用目标图像和飞机位置、姿态, 以及平台的参数计算该目标在WGS-84坐标系中的大地坐标, 算法核心是对以上坐标系中进行准确的坐标变换。本文用到的坐标系变换有:
① 由地球坐标系到当地地理坐标系的坐标变换。其变换矩阵R1为:
式 (1) 和以下各式中的Rx (θ) , Ry (θ) , Rz (θ) , 分别表示绕X轴、Y轴和Z轴旋转θ角的坐标旋转矩阵。B0表示飞机当前纬度;L0表示飞机经度。
② 由当地地理坐标系到机体坐标系的坐标变换。其变换矩阵R2为:
式中, Ψ为航向角;θ为俯仰角;γ为横滚角。
③ 由当机体坐标系到平台坐标系的坐标变换。其变换矩阵R3为:
式中, η为方位角;ζ为平台滚动角。
④ 由平台坐标系到CCD相机坐标系的坐标变换。其变换矩阵R4为:
⑤ 由平台坐标系到红外相机坐标系的坐标变换。其变换矩阵R5为:
从CCD相机坐标系到地球坐标系的转换, 利用上述变换矩阵得:
从红外相机坐标系到地球坐标系的转换, 利用上述变换矩阵得:
1.4 激光测距的应用
如果在计算过程中, 光电平台上加载激光测距仪, 能够输出成像时刻的激光测距值, 校正计算的精度将大大提高, 尤其在较高海拔地区。
在原模型中未加入激光测距数据, 因此计算过程中, 默认拍摄地区海拔为0;当平台高低角不为0时 (平台相机光轴指向不是垂直向下) , 计算结果与实际地理坐标有很大出入, 如果海拔较高, 该误差将非常明显, 这样的图像定位结果将无法实际使用。如果加入激光测距, 可以有效计算拍摄图像地区的海拔高度, 降低原模型误差。
1.5 图像输出
建立系统校正模型后, 输入划分的图像网格点坐标, 输出投影坐标。这些点的图像坐标和投影坐标形成一组控制点集, 使用该控制点集, 对原始图像数据进行多项式校正计算, 重采样生成输出图像数据, 根据当前拍摄区域中心点位置, 设置图像投影条带, 指定图像投影信息, 最后输出为图像文件。
2 实验结果以及误差分析初步
根据上述模型, 输入图像文件, 并同时获取与图像生成时所对应的遥测数据, 从中分离出建立模型所需的飞行器位置、飞行器三姿、平台姿态、相机参数、激光测距值等数据。利用这些遥测数据建立系统校正模型, 对输入的图像进行校正计算, 生成图像数据, 写入输出图像文件中。因工程应用需要, 还要在图像中加入地理坐标数据, 图像投影信息等。为后续的图像处理以及情报应用处理提供支持。
在进行图像校正定位过程中, 由于多方面因素, 会导致产生光轴指向误差。造成该误差的因素包括:系统安装误差、飞机位置误差、飞机姿态误差、平台姿态误差、结构安装误差、相机内方位元素误差等。
对于飞机姿态误差、平台姿态误差、相机内方位误差, 通过各个设备出厂调试, 以及在系统联试过程中进行设备调校。
飞机位置, 是由机载GPS定位系统提供, 在实验中, 使用差分GPS以及组合惯导, 通过插值运算得到精度更高的飞机空间坐标, 理论上可以达到10 m以内的误差。
对于结构安装误差, 这也是一个系统误差, 通过地面检测, 可以测出部分误差结果;然后在模型中加入误差修正量, 弥补误差因素对校正计算精度影响。在实验过程中比较常见到, 并且对校正输出结果影响较大的是平台的安装误差, 该误差有时达到十多度, 这意味着, 在飞行器据地几千米的空中, 该误差量直接导致最终图像校正结果将有上百米, 甚至于几百米的定位误差。为了降低该误差, 首先在系统安装时, 进行系统误差校准。另外, 还需要在实验前, 对已安装的平台进行地面测量, 测定该误差值。并将该值加入到校正模型中的误差消除模块, 降低这种系统误差对校正精度的影响。
3 结束语
本文利用坐标变换方法给出了机载CCD电视摄像机和前视红外热像仪遥感图像的几何校正模型, 实施视频单帧图像的几何校正计算, 完成该图像的定位。同时结合实验, 通过对激光测距数据的引入校正模型, 对平台安装误差进行分析和计算, 提高校正精度。在实际应用中, 该方法取得良好的图像定位效果, 但同时也存在不足, 图像定位经度目前还不算太高, 在今后的工作中, 需要继续研究, 以达到更好的结果。
参考文献
[1]张永生.遥感图像信息系统[M].北京:科学出版社, 2000.
[2]朱述龙, 张占睦.遥感图像获取与分析[M].北京:科学出版社, 2000.
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航空电子货单:知易行难 篇10
10月10日, 电子客票的“姐妹篇”、国内民航首张电子货单诞生在广州白云国际机场, 终结了我国电子货运的空白史, 成为继2000年国内航空客运实现电子化后, 我国航空运输业在电子化运输领域的一大进步。
据电子货单系统的研发单位中国南方航空股份公司 (以下简称“南航”) 介绍, 发货人只需要在网络平台上简单动手, 就可生成一张电子货单, 接下来从承运到收货的整个航空货物运输过程将免去以往打单、盖章等手工传递过程, 实现无纸化办公。
何谓电子货单
目前, 传统纸质运单主要包括运输合同、货物托运证明或收据、运费账单、保险证明、海关申报文件、货物情况的详细描述、承运人的货物操作指导等。一般来说, 整单货物的空运完成首先要货运代理制作繁琐的纸质运单, 再去加盖海关、检验检疫、安全检查印章, 航空公司或其代理必须等纸质运单全部送达才能完成舱单制作, 并且要对运单进行分拣等操作后才能送上飞机, 而到达运单、舱单也要经处理才能发出到货通知, 整个过程需要大量的人力和时间做重复劳动。
根据国际航空运输协会 (I A T A, 以下简称“国际航协”) 的公开数据显示, 一单空运货物所涉及的纸质文件可达30多份, 全球每年航空货运产生的货运单多达3500万份, 所有货运文件可以装满约40架波音747-400型全货机。
“所谓电子货单, 即将货运单抛弃传统的八联纸质运单的形式, 而以一份电子数据的形式存在于信息系统中, 类似‘E-TICKET’, 即电子客票。”南航货运部电子商务管理室解释说。换句话说, 就是使航空货运的业务操作转变到对信息的审核和利用上来, 通过计算机系统信息检索、转换、传输以及分析的强项, 高效率地实现传统纸质运单的功能, 而省去纸质运单操作的种种不便。
据南航货运部电子商务管理室工作人员介绍, 至今年已有美国、英国、加拿大、法国、澳大利亚、新加坡等32个国家开始在部分航班的部分环节实施无纸化货运操作, 而国内电子化和无纸化的航空货运起步仍较晚。
实际上, 早在2005年国际航协就开始了电子货运的设想, 航空货运无纸化问题至今一直是整个行业讨论的焦点。随后其推出的电子货运项目计划在2010年彻底取消纸张文件, 通过削除重复劳动, 加速货物流转速度, 提高航空货运服务质量, 其根本目的就是帮助航空公司开源节流, 同时在航空货运界建立一种全新的无纸化运营标准。
好处多多
“电子货单具有操作便捷、数据准确、绿色环保等优点和功能, 不仅能够提高航空公司的服务质量, 更是能为航空公司、海关联检和代理企业节约不少成本, 也符合国家节能减排政策。同时, 更为航空货运进入物联网时代奠定了一定的技术基础。”南航货运部电子商务管理室工作人员告诉本刊记者。
电子货单推出后, 货运代理再也无需制作繁琐的八联纸质运单, 因为遗失纸质业务文件而耽误货物的运输的状况将不复存在, 增加货物信息透明度的同时, 更能确保信息及时准确到达海关系统, 整单货物的进出港流程相较以往也将大大简化。
“交货人或代理在交运货物时不需要同时交运纸质运单, 只需通过信息系统指令将出口电子运单信息发送给当地海关, 便可快速清关。而货物到达之前也可通过信息系统向目的地海关发送电子运单信息以提前申报。”据上述工作人员介绍, 南航预计在数月后实现此项功能。
而对于客户来说, 交货时提供货物交接单即可, 货主可以随时通过网络或手机短信实时追踪货物信息, 提货时也只需提供有效身份证明, 整个过程更加简单明了。“和电子客票一样, 在取消了纸质运单以后, 南航货运会推出与电子货单相对应的航程单给客户作为报销及其他凭证。”南航货运部电子商务管理室工作人员进一步解释说, 该航程单为一式一联, 由南航的结算中心发放, 一般由货运代理自行打印。
唐翼货运系统是南航面向各其它航空公司、航站、货运公司、货站及货运代理人的公用服务平台。据了解, 电子货单数据正是基于此广域网信息系统平台之上得以运行。“电子货单具有信息‘易录入’的优点, 其操作非常方便, 只需要代理人在唐翼系统中录入相关的运单数据并保存即可。”南航货运部表示。
记者了解到, 目前南航已经根据电子货单的推进计划在唐翼货运信息系统上进行改造, 有关唐翼系统与代理人系统之间的数据交换已经实现, 下一步将实现数据交换的正向传递功能, 以确保数据传输更加通畅和准确。
根据南航货运部测算, 电子货单成功实施后, 预计南航每年可节约3000万张纸质单据, 节省近百万元人民币, 同时物流链中每票货物的文件处理成本费用也将降低40%。电子货单的首批试点代理企业之一、穗佳物流有限公司的阙经理也告诉记者, 目前一家代理的录单员工大致有4个, 按一个员工平均每年30000元的人力成本算, 采用电子货单可以令代理企业减少一半的录单员工即减少2名员工, 这将为代理企业每年减少60000元的成本。
全面推广难
然而, 电子货单虽然有诸多好处, 全面推行却并非易事。据了解, 目前电子货单只在南航广州-大连航线的CZ3603航班试点使用, 试点代理也只限于穗佳物流和新邦物流两家。
对此, 南航货运部表示, “主要是因为目前国内只有南航采用电子货单, 如果南航取消了所有的纸质文件而全面采用电子货单和电子舱单, 那么没有使用南航货运系统的地方和单位将无法获得完整的货单数据和舱单数据。”换言之, 只有在全国范围内所有的航空公司和机场地面代理都使用电子货单, 纸质文件才能完全取消。
记者通过相关人士了解到, 下一步, 南航预计将在其分公司所在地推广使用电子货单, 然而要在全国范围内所有航线施行仍有一定难度。
穗佳物流的阙经理告诉记者, 目前最大的问题在于行业标准的统一。他表示, 南航推出的电子货单系统平台除了基于本身业务量增长的需要外, 在一定意义上同时致力于对电子货运有关共同标准、过程、程序和系统的电子信息进行系统的测试。然而, 全行业的统一标准仍需工信部及民航总局等部门支持并制定。
对于上述国际航协2010年彻底取消纸张文件的计划, 阙经理表示, 由于国内电子货运刚刚起步, 电子货运项目的全国范围内实施需要相关统一标准、技术和商业架构等先期到位, 从而使航空公司、货运代理公司、海关和各国政府之间可顺利完成电子信息及文档的无缝实时交换。因而全国范围内的实施将有可能比上述计划推迟3年。
航空电子技术 篇11
“今天，我们携手中国航空业伙伴搭建开放性的绿色航空网络，希望更多飞机制造商、技术提供商、航空公司以及民众一起为更低碳、更绿色、更环保的未来努力。” 孟迪恺在发表演讲时说到。
在论坛上，由联合技术公司（UTC）、海航集团（HNA）携手《WTO经济导刊》共同发起的“绿色航空倡议网络（Green Aviation Initiative & Network）”宣布正式成立。这个航空业第一个以可持续发展为愿景的合作组织，将“蓝天”与“绿色”结合在一起，将曾经唯“快”不破的航空出行带进“静洁”时代，使航空这一高能耗的行业变得更加绿色环保。
孟迪恺表示，“绿色航空倡议网络”的成立，意味着全球可持续发展领域的大企业与中国更紧密的牵手。
他说，联合技术公司的发展目标非常明确，即创新和可持续发展。可持续发展作为最主要的战略，不仅让客户和股东获益，更关乎地球和人类的未来。
跨界：四个关键点支持航空业绿色发展
随着城市化进程的加快，越来越多的人来到城市寻求经济发展的机会。同时，随着中产阶级的逐渐庞大，越来越多的人有机会坐上飞机。目前，尽管在飞机逐渐成为很多人的“移动办公室”的今天，全球仍有80%的人从未坐过飞机。
“预计到2030年，全球商用飞机的使用数量将会比现在翻一倍，达到4万架。因此，我们需要寻找一种可持续发展的途径来支持如此巨大的增长。” 孟迪恺说，“正因如此，我们不仅需要满足航空服务的需求，更要考虑如何满足可持续发展的需求。”
基于以上现实，联合技术公司携手海航集团支持发起“绿色航空倡议网络”，并用“四个关键点”来支持航空领域的绿色发展。
第一，收集、整理并发布绿色航空领域最前沿的信息和发展趋势，加强产业链成员间的最佳实践与经验分享。第二，开展产业链的考察研究工作，并为绿色航空行业进步提供指南和建议。第三，沟通交流，创造更多能够与各个利益相关方开展互动的论坛、对话和探讨的机会，让更多人了解绿色航空。第四，在航空领域之外的延伸，联合技术将打破行业界限，进行跨地域交流，塑造绿色航空倡议网络的国际形象，同时创建一个平台，让其他领域的人都能知晓和认可绿色航空的想法，加入到绿色航空的行动中来。
孟迪恺说：“我们的目的就是能够集思广益，让大家一起对中国航空业的可持续发展贡献力量。”
创新：百亿美元，十年时间，带来发动机“静洁”变革
“为了支持绿色航空倡议网络，我们正在发展更多绿色航空领域的顶尖技术。在过去十年以及之前很长一段研究分析期间，联合技术公司投入了超过100亿美元用于研发更加清洁、更加绿色和更加安静的飞机发动机，通过这一革命性投资和技术发展为绿色航空带来裨益。” 孟迪恺说。
而孟迪恺提到的花费超过100亿美元，专注十年时间研发的产品就是联合技术公司旗下的普惠公司推出“变革性”的新一代航空发动机——静洁动力发动机。
这场变革的力量有多大？据了解，静洁发动机不仅可以降低16%的油耗，减少50%有害气体排放，其噪声也比传统发动机降低75%。它意味着每一架使用静洁动力发动机的飞机每年的碳排放量能够减少3600公吨，相当于90万棵树一年所吸收的二氧化碳。
这意味着什么？对于航空客户，这意味着每架飞机每年可能节省百万美元，让飞行更加经济；对于机场附近的居民，这意味着更为宜居的生活环境；对于环境来说，这意味着更强的可持续发展能力。
航空发动机技术的每一次重大改变都会推动整个航空工业取得重大进步。静洁动力发动机的推出，正在从根本上破解长久困扰航空业的能耗和排放问题； 而到目前为止普惠获得的7000多个订单也证明了市场的反馈，说明了市场支持更加绿色的航空技术，让航空业一点点走向更加具有可持续发展的绿色飞行梦。
未来：不会停留于此
作为一家财富美国45强企业，联合技术公司长期以来致力于全球范围内的可持续发展。三十年来，联合技术一直是可持续发展领域的引领者。自1997年来，联合技术在业务规模实现三倍增长的同时，减少了34%的温室气体排放量。
“未来我们不会停留于此。” 孟迪恺说。事实上，联合技术公司在建筑领域、航空领域，以及暖通空调、制冷行业，都处于全球的领先地位。目前在中国，联合技术拥有25，000名员工，在其遍布全国的工厂为上述领域提供可持续发展的产品。
今年上半年，联合技术公司还设立了新一轮的目标——即2020年可持续发展目标。联合技术争取到2020年，实现温室气体排放再减少15%。按照这个趋势，到2050年，联合技术温室气体排放会累计减少80%，以支持联合国的环境目标。关于水资源消耗，联合技术计划到2020年再减少25%。今年联合技术还把可持续发展的目标延伸到了供应链上，还会在2020年之前为供应商达到11个新的可持续发展供应标准。除了为中国市场研发技术外，联合技术还正在积极确保在中国的所有工厂都能够为可持续发展贡献一份力量。
作为哈佛大学健康与全球环境中心公司委员会的成员，孟迪恺还关注世界人口的增加和城市化进程的加快，关注如何以可持续的方式为人们提供食物。
航空专用数据总线技术研究 篇12
1 航电系统结构的演变
1.1 分布式模拟结构 (Distributed Analogue Architecture)
这类上世纪五六十年代出现的系统未采用数据总线, 各主要单元通过配线相互连接, 如图1 (a) 所示, 这就使得飞行器需要非常庞杂的配线。而模拟系统的设备大都比较笨重, 且较容易出现偏离和漂移现象, 在高低温时就更为明显。所以随着数字技术的发展和应用, 这种结构逐渐退出了历史舞台。
1.2 分布式数字结构 (Distributed Digital Architecture)
上世纪七十年代, 随着数字处理设备的逐渐成熟, 速度快、精度高、无漂移和偏离问题的数字结构应运而生。在这个阶段, 如图1 (b) 所示, 数据总线得到了应用, 例如民用标准ARINC429 (110kbit/s) 、英军标准串行总线Tornado (64kbit/s) 。数据总线的应用明显改善了各单元间的数据传输, 推动了系统设备统一化, 但在该阶段的设备仍只注重其功能, 维修性、扩展性较差。
1.3 联合式数字结构 (Federated Digital Architecture)
各个功能单元相互独立, 各单元之间通过军标数据总线连接, 如图1 (c) 所示, 这就是联合式数字结构的主要特点。这种结构的出现是与上世纪八十年代军标1553B数据总线得到广泛应用密不可分的。1553B数据总线在传输速率较之以前的数据总线提高了一个数量级的同时, 也使得系统结构的可靠性得到明显提升, 从而成为真正意义上的航空专用数据总线。但随着数据处理与通信的需求日趋提升, 这种结构的设备兼容性不高、系统开放性偏低、数据带宽有限等弊端也日渐显现, 制约了航电系统整体性能的提升。
1.4 综合模块化结构 (Integrated Modular Architecture)
上世纪九十年代以来, 商业现货组件 (Commercial-off-theshelf, COTS) 的理念催生了综合模块化航电 (IMA) 结构的产生, 这是一种由商业成熟的标准化功能单元构成的系统结构, 这些功能单元同时运行在一个共享的计算平台上[1], 如图1 (d) 所示。这种开放式标准化的结构大大提升了航电系统的可重用性、可移植性, 一定程度上满足了系统高性能、功能复杂性的要求。
2 传统航空专用数据总线
2.1 MIL_STD_1553B/1773总线
MIL_STD_1553B总线由美国自动化工程师协会于1978年发布, 全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线, 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1Mb/s。其主要功能是为所有连接到总线上的航电系统提供综合化、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多年中, 被成功地应用于多种战机以及导弹控制、舰船控制等领域[2]。
由于MIL_STD_1553B总线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, 1988年, 美国国防部发布了MIL_STD_1773, 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。目前, MI L_S TD_177 3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 M b/s和2 0 M b/s两种速率) , 其中1 M b/s主要用于MIL_STD_1553B总线, 而20Mb/s主要用于高速数据传输。
1553B总线作为第一代军用数据总线技术, 在上世纪七八十年代日渐成熟并得到广泛的应用。然而, 随着对数据传输 (视频、音频、分布式数据) 应用的需求日益增加, 其有限的带宽 (1Mb/s) 已逐渐无法完全满足现代系统对数据传输的需要, 且集中的总线控制器给系统带来潜在的单点故障这一致命威胁, 被新架构的数据总线取代已是大势所趋。
2.2 ARINC429/ARINC629
ARINC429总线协议由美国航空电子工程委员会于1977年发布, 全称是数字式信息传输系统 (Digital Information Transfer System, DITS) , 我国与之对应的标准是HB6096-SZ-01。协议标准规定了航电设备及有关系统间的数字信息传输要求, 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100Kb/s。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[3]。
作为传统航空专用数据总线, ARINC429总线有明显的不足。未采用总线控制器, 而采取了1个信息源使用1条429总线的单向广播式, 这在航电设备激增的情形下是难以想象的。加之ARINC429总线带宽非常有限, 接口也不支持新型微处理机, 因而导致数据传输延迟较明显, 难以满足现代航电系统的需求。其后, 波音公司在此基础上形成的总线数字式自主终端存取通信 (Digital Autonomo us Ter min al Access Communi cat ion s, DATAC) 方式, 即ARINC629总线, 也因先天不足, 仅在波音-777得到了应用。
2.3 STANAG3910
在20世纪90年代初, 北大西洋公约组织 (NATO:North Atlantic Treaty Organization) 在研制欧洲新一代战机时, 由于需要将军标1553B的数据传输速率提高到1Mbit/s以上, 提出了一种新的数据总线欧洲标准STANAG3910。STANAG3910也是一种指令/响应协议, 采用双速率传输总线结构, 高速光纤数据终端的传输速率可达20 Mbit/s, 并通过星形耦合器 (star coupler) 相连;通过军标1553B采用电子链接对其实施控制[4]。STANAG3910的提出是对MIL_STD_1553B系统的平滑的、有效的升级改进, 以提供高传输速率来满足发展需要, 并成功应用于在欧洲战斗机 (EFA) 和RAFALE战斗机。
3 新一代航空专用数据总线
3.1 FC
光纤通道 (Fibre Channel, FC) 技术是美国国家标准学会 (American National Standards Institute, 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[5]。以COTS为基础, 支持I/O通道所要求的带宽、可靠性以及网络技术的灵活性、连接能力和距离, 使得在同一物理接口之上运行当今流行的通道标准和网络协议成为可能, 现已成为一种高速传输数据、音频和视频信号的ANSI串行通信标准。
FC具有以下三个基本特点:
(1) 远距离高带宽传输。串行传输速率为133Mb/s~1.0625Gb/s, 数据吞吐量大, 适用于不同模块间大规模应用数据交换;以光纤、铜缆或屏蔽双绞线为传输介质, 介质最大传输速率可达10Gb/s, 最大传输距离达10km。
(2) 高可靠性与实时性。多种错误处理策略、32位循环冗余校验码 (Cyclic Redundancy Check, CRC) 以及利用优先级管理保证高可靠性;端到端传输延迟量小于10s, 支持非应答方式与传感器数据传输, 满足实时性要求。
(3) 可扩展性良好。开放式国际标准, 灵活的拓扑结构, 既可确保不同生产厂商的产品能够互相协作使用, 又能方便地增加和减少节点以满足不同应用的需求, 可有效地减少物理器件与附加设备的种类并降低经济成本。
面向不同的应用, 出现了一系列的适用于航电系统的总线协议, 如FC-AE、FC-AV、FC-RDMA等。特别是对正在更新换代的M I L-S TD1 5 5 3总线进行兼容, 增加了F C总线的通用性, 即F C-AE-1553。在军用领域, 已将多种航电网络协议映射到FC通道上, 已在航天、航空和航海工程中得到开发与应用, 并逐渐替代已被广泛使用30年的MIL-STD-1553标准。
3.2 AFDX
AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) 是空客公司在商用交换以太网的基础上建立起来的。空客公司根据航空电子的需求, 基于ARINC429和MIL-STD-1553B, 在实时性、可靠性等方面进行了改进, 从而形成了旨在航空子系统之间数据交换而定义的一种电子特殊协议标准 (IEEE 802.3和ARINC664 Part7) [6]。在大中型运输机的航电网络的应用中, AFDX表现出很强的适应性。
AFDX网络为星型拓扑, 主要由端系统 (end-system) 、AFDX交换机 (switch) 以及传输链路 (link) 组成, 每台交换机大约能连接20个端系统, 形成接入交换网络;AFDX交换机之间通过背板总线连接, 形成骨干交换网络。
AFDX系统具有以下特点:
(1) 开放式系统结构。基于AFDX网络构建的航电系统符合国际标准化组织定义的开放式系统互连参考模型 (Open System Interconnect, OSI) , 对接口、服务和支持形式等均采用定义充分、使用广泛、公众支持的非专利规范。
(2) 分区技术和资源共享。AFDX采用与ARINC653相同的分区技术, 对运行在核心模块上的多个应用软件按功能划分为多个分区, 一个分区由一个或多个并发执行的进程组成, 分区内所有进程共享分区所占有的系统资源。AFDX采用交换机技术, 各个单元通过交换机进行数据交换。
(3) 高确定性和可靠性。AFDX网络提供的服务是有保障的服务 (Guaranteed Service) , 这主要体现在确定性和可靠性。AFDX的确定性主要表现在网络的最大传输延迟控制上, AFDX虚拟链路都有带宽分配间隔和最大的帧尺寸, 传输过程中引起的抖动有一定的范围限制, 是可控的[7]。在这种机制保障下, AFDX帧可按一定的顺序、无碰撞地进行传输, 交换机端口与主机的连接关系是确定的, 主机名与IP地址的对应关系是确定的, IP地址与MAC地址的对应关系是确定的, 端口的功能是确定的, 数据的含义是确定的, 报文的传递路径是确定的, 等等。AFDX网络引人了余度的概念, 帧可以同时在两条独立的路径上传输, 接收端系统只接收先到达的有效帧, 这就显著提升了系统的可靠性。
AFDX总线已经在欧洲空客A380和A400M中得到了应用, 多家国外公司如Rockwell-Collins和Condor等分别推出了AFDX的收发模块。而在国内, 基于AFDX的军机航电系统也正在进行研发测试当中。
3.3 TTE
时间触发以太网 (TTE, Time-Triggered-Ethernet) , 即以时间触发代替事件触发, 将通信任务通过合理的调度定时触发发送, 被称为时间触发流量。时间触发概念的提出, 其目的是在于通过全局的时钟精确同步, 可有效避免数据帧争用物理链路, 保证了通信延迟和时间偏移的确定性。时间触发与事件触发相比在系统确定性、资源损耗、可靠性、实时性上有很大优势。
TTE网络是在标准IEEE 802.3以太网上实现的时间触发网络协议, 作为完全分布的、严格确定性的安全关键性计算及联网平台, 走过了25年的开发历程, 目前支持100Mb/s和1000Mb/s速率, 10000Mb/s速率的TTE网络也在开发过程中[8]。
TTE总线技术兼容了时间触发协议和以太网技术的优势, 能够在同一个网络平台上兼容普通网络数据流、AFDX数据流和TTE网络数据流[9], 具备更高的安全性和强有力的容错机制, 拥有非常广阔的应用前景, 有望作为AFDX互连的子集, 在大中型飞机的综合化互联中扮演重要角色。
4 结语
一种航空专用数据总线的应用取决于该总线标准是否满足系统通信速率、可靠性、抗干扰、兼容性、可扩展等方面的要求。通过以上对多项航空专用数据总线技术的研究分析, 可以归纳出如图2所示的发展脉络。传统航空专用数据总线已越来越不能满足发展的要求, 而新一代航空专用数据总线优势明显, 极具成长性。基于新一代航空专用数据总线的系统在国外已得到一定程度的应用, 国内也应大力开展相关研究, 提升我国航电系统的综合一体化水平。
参考文献
[1]朱闻渊, 尹家伟, 蒋祺明.新型航空电子系统总线互连技术发展综述[J].计算机工程[增刊], 2011, 37 (12) :398-402.
[2]SAE.MIL-STD-1553B.Digital time division command/re-sponse multiplex data bus notice 2[S].USA:SAE, 1993.
[3]胡辛, 李红军, 曹闹昌, 向新.航空电子数据总线技术研究[J].现代电子技术, 2010, 33 (14) :96-98.
[4]马贵斌, 周国奇, 田珂.军用数据总线技术发展综述[J].电光与控制, 2010, 17 (6) :48-53.
[5]周强, 熊华钢.新一代民机航空电子互连技术发展[J].电光与控制, 2009, 16 (4) :1-6.
[6]赵永库, 李贞, 唐来胜.AFDX网络协议研究[J].计算机测量与控制, 2012, 20 (1) :8-10, 30.
[7]钟杰, 何民, 王怀胜, 郑力.AFDX构架及协议分析[J].电讯技术, 2010, 50 (1) :65-71.
[8]TTA-Group.TTEthernet Specification[Z].2008.
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