航空電子系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢

摘 要：眾所周知，作戰(zhàn)飛機(jī)需要三大技術(shù)做為支柱，那就是機(jī)載武器系統(tǒng)、飛行系統(tǒng)與航空電子系統(tǒng)。這三大系統(tǒng)之中，航空電子系統(tǒng)是操縱另外兩大系統(tǒng)核心組成部分，沒有航空電子系統(tǒng)的操縱指揮，另外兩大系統(tǒng)也就形同虛設(shè)了。筆者以服務(wù)軍方多年的實(shí)踐經(jīng)驗淺淡我國的航空事業(yè)中的電子系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，以供有關(guān)技術(shù)部門用以參考。

關(guān)鍵詞：航空電子；航電；系統(tǒng)技術(shù)

引言

無論是做戰(zhàn)飛機(jī)還是民用飛機(jī)，其航空電子系統(tǒng)的成本都已經(jīng)占到了總成本的百分之三十至百分之四十，并且還有逐年擴(kuò)大的趨勢，由此可見，航空電子系統(tǒng)對于一架飛機(jī)的重要性。更為重要的是航空電子系統(tǒng)的先進(jìn)與否已經(jīng)成為衡量現(xiàn)代飛機(jī)的先進(jìn)性的極為重要的標(biāo)志之一。西方發(fā)達(dá)國家不惜巨資投入大規(guī)模開展航空電子系統(tǒng)的研發(fā)，就是要進(jìn)一步加強(qiáng)航空電子系統(tǒng)的先進(jìn)性。做為具有國際視野的航空電子系統(tǒng)工作人員，我們應(yīng)該看到目前航空電子系統(tǒng)正朝著綜合化、模塊化、智能化的方向不斷地向前飛速發(fā)展。

1 電子系統(tǒng)PHM的支撐技術(shù)

PHM（aircraft systems diagnostics，Prognostics and Health Managem，即電子系統(tǒng)的預(yù)測與健康管理技術(shù)）也就是說PHM就是航空電子系統(tǒng)的綜合故障管理系統(tǒng)，其主要功能也是其重要性就是故障的早期預(yù)測、預(yù)警。

1.1 故障診斷技術(shù)

提到故障診斷技術(shù)，熟悉電腦的人恐怕首先會想起微軟的故障診斷技術(shù)，微軟的故障診斷技術(shù)在電腦出現(xiàn)異常時就會時常自動出現(xiàn)，但是卻基本上幫不了用戶什么忙。但是，與一無是處的微軟的所謂的“故障診斷技術(shù)”截然不同的是，在航空電子系統(tǒng)中，PHM則是一項非常有效的保障飛行安全的技術(shù)。故障診斷技術(shù)在顯示屏顯示、語音提示、體感提示等多種提示提醒技術(shù)支撐下通過安裝于機(jī)電設(shè)備不同部位的傳感器對整個系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并與其他相關(guān)信息參照，比如某一部件的平均故障時間信息、某一部件的更換維修時間與頻率信息等。在實(shí)時參照與狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)評估，并將評估結(jié)果反饋到顯示屏、頭盔、體感裝置上以提醒飛行員對這些信息加以注意。故障診斷技術(shù)通常使用解析模型等數(shù)學(xué)方法融合經(jīng)驗知識法與基于信號的綜合處理法對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析，并抽象出諸出頻率、幅值、離散系統(tǒng)、相關(guān)曲線、方差等分析結(jié)果。對飛行器的早期可能故障加以診斷。

1.2 故障預(yù)測技術(shù)

故障預(yù)測技術(shù)是PHM中的最重要的技術(shù)之一，也是最有用的技術(shù)之一，因為這種技術(shù)可以在飛行器出現(xiàn)危險之前進(jìn)行預(yù)報，這對于飛行員及時采取緊急措施，提供了有利的時機(jī)，這種技術(shù)在實(shí)踐中已經(jīng)挽救了數(shù)以千計的飛行器和飛行員的生命。這種故障預(yù)測技術(shù)的有效性是基于長期對于飛行器中的所有部件的歷史經(jīng)驗信息與質(zhì)量變化趨勢的總結(jié)。在此基礎(chǔ)上針對系統(tǒng)檢測結(jié)果，對設(shè)備實(shí)時的狀態(tài)參數(shù)加以評估，一旦評估結(jié)果較為嚴(yán)重則實(shí)時地通過顯示、聲音、體感等手段通知飛行員，以便飛行員第一時間作出快速反應(yīng)。目前較為先進(jìn)的PHM系統(tǒng)中所使用的預(yù)測方法主要有相關(guān)分析預(yù)測法、回歸分析預(yù)測法、灰色預(yù)測法、濾波預(yù)測法等。回歸分析預(yù)測法、相關(guān)分析預(yù)測法等預(yù)測方法由于需要精確的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)模型，因此也可稱之為參數(shù)預(yù)測法或科學(xué)預(yù)測法。而粗糙集預(yù)測法、組合預(yù)測法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法等則被稱之為非參數(shù)預(yù)測法。目前幾乎所有的先進(jìn)的飛行器都采用綜合預(yù)測法，即綜合上述各種方法的預(yù)測結(jié)果。PHM系統(tǒng)是集預(yù)測技術(shù)之大成的系統(tǒng)，是目前幾乎所有軍用與非軍用飛行器中必備的航空電子系統(tǒng)（小型飛行器除外）。PHM系統(tǒng)的智能化程度較高，對于參數(shù)較多，已經(jīng)檢測出較多參數(shù)的故障預(yù)測，PHM會優(yōu)先使用參數(shù)預(yù)測法對其進(jìn)行評估，然后會使用其他預(yù)測方法對評估方法加以驗證與比對，經(jīng)過智能的分析與判斷，最終給飛行員一個最接近事實(shí)的評估結(jié)果。

2 新的控制技術(shù)

2.1 語音控制技術(shù)

語音控制技術(shù)是近些年應(yīng)用于飛機(jī)座艙中的技術(shù)，其基本原理是通過機(jī)器對飛行員語音命令進(jìn)行識別，轉(zhuǎn)換成操控命令，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、通信等功能。語音識別可使飛行員在保持雙手不離桿或保持平視時，使用話音作為畫面切換、數(shù)字輸入的設(shè)備，降低了飛行員的操作壓力。國外對語音識別控制在航電中應(yīng)用已有三十多年的研究經(jīng)驗。從最開始的針對特定人的孤立詞語音識別系統(tǒng)，發(fā)展到不針對特定人的連續(xù)語音識別系統(tǒng)，在民用飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)都進(jìn)行了飛行驗證，已經(jīng)成功裝備了作戰(zhàn)飛機(jī)。目前，歐洲研制的臺風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)上裝備了語音控制設(shè)備，稱為直接語音輸入設(shè)備DVI。該設(shè)備是基于特定人的連續(xù)語音識別系統(tǒng)，響應(yīng)時間約為200毫秒，識別率超過95%。該設(shè)備支持用語音控制的26個非關(guān)鍵系統(tǒng)。美國正在研制的F-35上也裝備了語音識別軟件，實(shí)現(xiàn)對座艙與航電部份功能的操控，已在6G的過載環(huán)境和120 db的噪音環(huán)境下進(jìn)行了飛行試驗。然而，語音識別技術(shù)有其技術(shù)弱點(diǎn)。

首先，語音識別技術(shù)還沒有做到自然人識別語音的程度，識別率有限，不能實(shí)現(xiàn)100%識別語音命令。其次，語音識別技術(shù)在環(huán)境噪聲、高過載下飛行員的發(fā)音變化等原因的影響下，識別率會大大下降。根據(jù)國外研究表明，當(dāng)語音識別的識別率下降到95%以下時，一些飛行員就不愿意再使用該輸入設(shè)備。在目前的航電系統(tǒng)應(yīng)用中對語音控制技術(shù)做了一些限制，即語音控制設(shè)備在飛機(jī)中只作為輔助控制設(shè)備，必要時可用其他控制設(shè)備取代；語音識別系統(tǒng)需要有控制鍵，控制系統(tǒng)是否工作，控制鍵在操縱桿等設(shè)備上，確保操作者的雙手不需要離開正在操控的輸入設(shè)備；語音識別錯誤造成的結(jié)果不能有嚴(yán)重后果，語音識別系統(tǒng)控制的不能是關(guān)鍵任務(wù)；語音識別應(yīng)有及時反饋，使操作者能確認(rèn)自己的話音是否被識別，識別是否正確已經(jīng)輸入。

2.2 手勢控制技術(shù)

手勢是一種與用戶交互習(xí)慣相適應(yīng)的人機(jī)交互手段。手勢識別控制是通過傳感器將人的手勢輸入到設(shè)備中，并對其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)控制命令輸出的一種方式。目前手勢識別主要分為基于數(shù)據(jù)手套和基于計算機(jī)視覺兩類?；跀?shù)據(jù)手套的手勢輸入是根據(jù)戴在人手上的裝備有跟蹤器和傳感器的數(shù)據(jù)手套，測量手在空間的方位、運(yùn)動軌跡和手指彎曲程度獲得手在空間的三維信息?；谟嬎銠C(jī)視覺的手勢識別是通過攝像頭等視覺采集設(shè)備捕捉手勢圖像，再利用計算機(jī)視覺處理技術(shù)對圖像進(jìn)行分析，提取手勢圖像特征。基于數(shù)據(jù)手套的手勢控制系統(tǒng)主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)人與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互。基于計算機(jī)視覺的手勢識別系統(tǒng)主要用于手語識別。

3 結(jié)束語

目前，我國航空電子系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)使我們進(jìn)一步認(rèn)識到自主創(chuàng)新的重要性，只有通過自主創(chuàng)新，堅持不懈地開展開放式標(biāo)準(zhǔn)的研究，借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)研究的成果，才能提高標(biāo)準(zhǔn)的科技含量和水平，才能在我國現(xiàn)有國力的基礎(chǔ)上不受制于人地構(gòu)建自己的開放式航空電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，不斷推動航空產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和升級，從而為國防安全提供保障。

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