航空電子系統技術發展趨勢

摘 要：眾所周知，作戰飛機需要三大技術做為支柱，那就是機載武器系統、飛行系統與航空電子系統。這三大系統之中，航空電子系統是操縱另外兩大系統核心組成部分，沒有航空電子系統的操縱指揮，另外兩大系統也就形同虛設了。筆者以服務軍方多年的實踐經驗淺淡我國的航空事業中的電子系統的技術發展趨勢，以供有關技術部門用以參考。

關鍵詞：航空電子；航電；系統技術

引言

無論是做戰飛機還是民用飛機，其航空電子系統的成本都已經占到了總成本的百分之三十至百分之四十，并且還有逐年擴大的趨勢，由此可見，航空電子系統對于一架飛機的重要性。更為重要的是航空電子系統的先進與否已經成為衡量現代飛機的先進性的極為重要的標志之一。西方發達國家不惜巨資投入大規模開展航空電子系統的研發，就是要進一步加強航空電子系統的先進性。做為具有國際視野的航空電子系統工作人員，我們應該看到目前航空電子系統正朝著綜合化、模塊化、智能化的方向不斷地向前飛速發展。

1 電子系統PHM的支撐技術

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

1.1 故障診斷技術

提到故障診斷技術，熟悉電腦的人恐怕首先會想起微軟的故障診斷技術，微軟的故障診斷技術在電腦出現異常時就會時常自動出現，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”截然不同的是，在航空電子系統中，PHM則是一項非常有效的保障飛行安全的技術。故障診斷技術在顯示屏顯示、語音提示、體感提示等多種提示提醒技術支撐下通過安裝于機電設備不同部位的傳感器對整個系統的狀態進行實時監測，并與其他相關信息參照，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。在實時參照與狀態實時監測的基礎上進行科學評估，并將評估結果反饋到顯示屏、頭盔、體感裝置上以提醒飛行員對這些信息加以注意。故障診斷技術通常使用解析模型等數學方法融合經驗知識法與基于信號的綜合處理法對設備的狀態進行分析，并抽象出諸出頻率、幅值、離散系統、相關曲線、方差等分析結果。對飛行器的早期可能故障加以診斷。

1.2 故障預測技術

故障預測技術是PHM中的最重要的技術之一，也是最有用的技術之一，因為這種技術可以在飛行器出現危險之前進行預報，這對于飛行員及時采取緊急措施，提供了有利的時機，這種技術在實踐中已經挽救了數以千計的飛行器和飛行員的生命。這種故障預測技術的有效性是基于長期對于飛行器中的所有部件的歷史經驗信息與質量變化趨勢的總結。在此基礎上針對系統檢測結果，對設備實時的狀態參數加以評估，一旦評估結果較為嚴重則實時地通過顯示、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。目前較為先進的PHM系統中所使用的預測方法主要有相關分析預測法、回歸分析預測法、灰色預測法、濾波預測法等。回歸分析預測法、相關分析預測法等預測方法由于需要精確的數據以及數據模型，因此也可稱之為參數預測法或科學預測法。而粗糙集預測法、組合預測法、神經元網絡預測法等則被稱之為非參數預測法。目前幾乎所有的先進的飛行器都采用綜合預測法，即綜合上述各種方法的預測結果。PHM系統是集預測技術之大成的系統，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（小型飛行器除外）。PHM系統的智能化程度較高，對于參數較多，已經檢測出較多參數的故障預測，PHM會優先使用參數預測法對其進行評估，然后會使用其他預測方法對評估方法加以驗證與比對，經過智能的分析與判斷，最終給飛行員一個最接近事實的評估結果。

2 新的控制技術

2.1 語音控制技術

語音控制技術是近些年應用于飛機座艙中的技術，其基本原理是通過機器對飛行員語音命令進行識別，轉換成操控命令，實現導航、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、數字輸入的設備，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用已有三十多年的研究經驗。從最開始的針對特定人的孤立詞語音識別系統，發展到不針對特定人的連續語音識別系統，在民用飛機、戰斗機、直升機都進行了飛行驗證，已經成功裝備了作戰飛機。目前，歐洲研制的臺風戰斗機上裝備了語音控制設備，稱為直接語音輸入設備DVI。該設備是基于特定人的連續語音識別系統，響應時間約為200毫秒，識別率超過95%。該設備支持用語音控制的26個非關鍵系統。美國正在研制的F-35上也裝備了語音識別軟件，實現對座艙與航電部份功能的操控，已在6G的過載環境和120 db的噪音環境下進行了飛行試驗。然而，語音識別技術有其技術弱點。

首先，語音識別技術還沒有做到自然人識別語音的程度，識別率有限，不能實現100%識別語音命令。其次，語音識別技術在環境噪聲、高過載下飛行員的發音變化等原因的影響下，識別率會大大下降。根據國外研究表明，當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備。在目前的航電系統應用中對語音控制技術做了一些限制，即語音控制設備在飛機中只作為輔助控制設備，必要時可用其他控制設備取代；語音識別系統需要有控制鍵，控制系統是否工作，控制鍵在操縱桿等設備上，確保操作者的雙手不需要離開正在操控的輸入設備；語音識別錯誤造成的結果不能有嚴重后果，語音識別系統控制的不能是關鍵任務；語音識別應有及時反饋，使操作者能確認自己的話音是否被識別，識別是否正確已經輸入。

2.2 手勢控制技術

手勢是一種與用戶交互習慣相適應的人機交互手段。手勢識別控制是通過傳感器將人的手勢輸入到設備中，并對其進行處理，實現控制命令輸出的一種方式。目前手勢識別主要分為基于數據手套和基于計算機視覺兩類。基于數據手套的手勢輸入是根據戴在人手上的裝備有跟蹤器和傳感器的數據手套，測量手在空間的方位、運動軌跡和手指彎曲程度獲得手在空間的三維信息。基于計算機視覺的手勢識別是通過攝像頭等視覺采集設備捕捉手勢圖像，再利用計算機視覺處理技術對圖像進行分析，提取手勢圖像特征。基于數據手套的手勢控制系統主要用于虛擬現實系統中，實現人與虛擬現實系統的交互。基于計算機視覺的手勢識別系統主要用于手語識別。

3 結束語

目前，我國航空電子系統面臨的挑戰使我們進一步認識到自主創新的重要性，只有通過自主創新，堅持不懈地開展開放式標準的研究，借鑒國外標準研究的成果，才能提高標準的科技含量和水平，才能在我國現有國力的基礎上不受制于人地構建自己的開放式航空電子系統標準體系，不斷推動航空產業結構優化和升級，從而為國防安全提供保障。

參考文獻

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