未來航空電子系統的發展方向＊

（海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054）

1 引言

航空電子是指支持飛機完成任務使命的所有與電子學相關的系統和設備。航空電子系統是飛機上所有電子設備的綜合，涵蓋通信、導航、雷達、電子戰、飛行控制和管理等各個系統的電子子系統，同時也包括這些系統間用于信息交換和資源共享的信息綜合系統［1］。

航空電子系統是現代戰斗／轟炸／攻擊／空中預警／偵察和監視／電子戰飛機作戰能力的基本要素。無論是空對空作戰，還是空對地／海上目標進行監視、偵察和攻擊，要洞察幾百千米以外的目標狀況，只能依靠機載雷達、光電探測裝置或本機以外的其它平臺（預警機、監視和偵察機等）傳感器傳送的相關信息。航空電子系統更是預警飛機的核心，也是現代專用電子戰飛機的主體。航空電子系統總體上分為以下幾大系統：通信、導航、識別、探測、電子戰以及座艙顯示和控制等系統。

2 航空電子系統現狀

航空電子系統在幾十年的發展中，系統結構不斷演變，經歷了一個從分立式、混合式、聯合式到高度綜合化的發展過程，隨著計算機技術、數字通信技術和網絡技術的發展，航空電子設備的性能日趨完善，已成為現代軍用飛機提高作戰效能的重要手段。近些年的幾場高技術條件下的局部戰爭表明，航空電子系統在發揮飛機的綜合作戰效能中起著決定性的作用。換言之，沒有先進的航空電子系統，就沒有先進的飛機［2］。

現代先進航空電子系統是一個集控制、傳感器、顯示、通信和網絡技術于一身的高度信息綜合的計算機網絡系統。其功能不僅涵蓋了傳統的航電儀表系統和火控系統，還通過網絡將機上各傳感器和電子設備有機地綜合在一起，實現資源共享，數據融合甚至信息融合，并為飛行員提供良好的人機界面。

從作戰能力上看，我國的航空電子系統與世界航空強國具有一定的差距，與現代信息化戰爭的需求也有一定的差距。從研發能力上看，我國基本上已經具備了第三代戰斗機航空電子系統的研發能力，我國研制的第三代戰機已裝備了我國自主研發的航電系統。而國外先進大國已成功開發了第四代戰斗機的航空電子系統，并在本世紀初投入了現役。

技術方面的差距集中體現在技術創新能力不足，技術儲備少。此外，在研發手段方面也存在一定的差距，例如：計算機輔助設計、仿真手段、綜合試驗手段、軟件的開發與測試手段相對落后；尚需完善開發、試驗、測試與驗證的一體化配套機制。

3 發展動向

1）首架MH-60R航空電子維護教練機進入美國海軍服役。德國《防務專家》網站2010年7月12日報道：美國CAE 公司7月12日宣布，其為美國海軍制造的首架MH-60R 航空電子維護教練機（AMT）已經準備好進行訓練使用，并已開始在美國航空技術訓練裝備中心（CNATTU）服役［3］。

這架MH-60R AMT 將為MH-60R 航空電子技術員提供過渡和戰備訓練。這種維護訓練設備將主要演示、指導和提供有關MH-60R 直升機維護的實際操作經驗，MH-60R直升機主要用于執行反潛作戰和水面攻擊等任務。CAE 公司目前正在設計第二架MH-60R AMT，將于今年年底交付位于美國加州的海軍航空站。

美國CAE公司同時還負責美國海軍MH-60R戰術作戰飛行訓練器（TOFT）設計和制造的大部分工作。MH-60RTOFT 包括一套用于訓練飛行員的MH-60R 作戰飛行訓練器以及一套用于訓練傳感器操作員和空中戰術官的MH-60R 武器戰術訓練器。這兩套訓練設備均能夠獨立或聯網操控，可提供一套全部機組成員的訓練系統。CAE 公司目前已經向美國海軍交付了兩套MH-60RTOFT，今年年底將交付第三套。

2）航空電子用光纖市場至2013年將翻番。美國《軍事航空航天與電子學》網站2010年8月7日報道：美國IGI咨詢公司的分析家們在一份新研究報告中稱，到2013年軍用與航空航天用航空電子市場對光纖部件、子系統和系統的需求將翻一番。IGI公司的這份新報告名為《軍用與航空航天用航空電子系統中的光纖》，報告包含了戰斗機、運輸機、無人機（UAV）和商用飛機等在內的軍、民用飛機［4］。

IGI公司的分析家們稱他們估計軍用與航空航天用航空電子系統這兩個市場中的光纖總銷售額2009年為3．06 億美元，至2013年將增長到7．03億美元。增長因素主要有對新技術的接受度提高（源于在電信行業得到快速接受和發展）對減少體積、重量和功耗的需求，對寬帶寬的更高需求以及UAV 市場的開放等。

盡管飛機上希望更多地使用光纖，但軍用與航空航天的特殊要求成為主要的障礙，如：沒有商用貨架光纖技術、缺乏適應軍用與航空航天環境的堅固部件、缺乏現成的測試和維護步驟、缺乏低成本、易于使用的測試和測量設備等。

IGI的分析家還稱：市場對“靈巧”布線系統提出了更多的靈活性需求，以便通過使用帶自檢測的設備降低翻新、升級和維護的成本；還需在標準、測試設備、集成光學部件、制造技術和光纖系統的可測試性和堅固性方面繼續進行更多的研究。

3）美海軍航空系統司令部開放航空電子診斷實驗室。NAVAIR 網站2010年4月20日報道：4月20日上午10：30，美海軍航空系統司令部（NAVAIR）在Lakehurst舉行剪彩儀式，宣布綜合診斷和自動測試系統（IDATS）實驗室正式開幕［5］。

IDATS是作為一個現代化航空電子設備診斷的戰略舉措，以支持航空電子設備工程領域。IDATS的任務是研發和測試產品，以提高航空武器系統的保障性和可測試性。

目前美國海軍和海軍陸戰隊的飛機維修業務存在一些問題，缺乏先進的航空電子設備診斷和故障預測能力。海軍和海軍陸戰隊總共大約72%的維修業務是與航空電子設備相關的。如果沒有先進的診斷功能，將浪費大量的維修工時，增加飛機的停機時間，提高物流和測試成本。如果飛機出現故障，組件可以更加快速準確地查明、修理或更換，這些都可以隨時減輕和降低成本。IDATS實驗室的創建將大大有助于解決這些問題。

NAVAIR 工作小組投入了大量資金，在Lakehurst創建航空電子實驗室，以提供航空電子設備的診斷能力。這筆資金可以用于創建單獨的軟硬件實驗室。

這些實驗室將支持NAVAIR 發展利用新技術的研發、測試及產品維修，增加飛機診斷能力，從而使機隊能夠更高效地測試、排查和維修飛機。該實驗室也將復制美國國防部的數據流環境，將網絡中心納入連接全國所有的各級維修，以及納入飛行和維護數據庫。

4）美國洛馬公司將基于三核處理器對C-5貨機航空電子統一標準。美國《軍用航空航天電子學》2011年1月中旬報道：根據1月12日授予的1940萬美元合同條款，位于美國喬治亞州瑪麗埃塔的美國洛克希德·馬丁航空有限公司的航空電子設計師將用新的處理器和軟件升級50架美國空軍C-5“銀河”貨機的航空電子設備。該計劃是“C-5批次升級計劃01”的一部分，以把最近的C-5航電升級到一個統一的體系架構［6］。

該C-5“批次升級計劃01”要求洛克希德·馬丁公司把在“C-5航電現代化計劃”（AMP）飛機型號中的雙核處理模塊和軟件更換為“C-5可靠性增強和更換發動機計劃”（RERP）中采用的三核處理模塊和軟件。

授予該合同的是位于喬治亞州羅賓斯空軍基地的美國空軍華納·羅賓斯空軍后勤保障中心的官員。

美國空軍和洛克希德·馬丁公司近年來對該國家中處于兩個階段C-5機隊中的的111架飛機進行了升級。第一階段包括AMP 及其雙核處理器升級，第二階段是采用三核處理器的RERP 升級。但這種方法以其在保障、維護和升級中導致的差異造成了兩種C-5布局。

該“C-5批次升級計劃01”尋求在一個通用布局中協調C-5AMP和RERP航電處理器和軟件中的差異。隨著AMP和RERP升級，C-5已轉型為航電-增強和軟件-依賴平臺，且空軍官員想轉移到針對兩種布局的通用硬件計算處理子系統。

空軍官員說，構建一個針對所有C-5飛機的通用航電布局將有助于空軍從現在起到2040年間有效管理C-5 航電使之順利抵達該飛機預期壽命。穩定為一種航電布局將在未來軟件升級方面降低維持費用、風險，以及較少的后勤覆蓋面。

5）美國空軍授予波音公司A-10攻擊機航空電子改進合同。空中打擊網站2011年9月6日報道：波音公司宣布該公司從美國空軍獲得一項為期1年，價值290萬美元的合同，開發并驗證A-10飛機的數字式視頻音頻數據記錄儀（DVADR）的一種改進方案。該改進方案將對DVADR 系統中一個主要子部件的保障性問題提供一種短期解決方案。該合同是美國空軍授予波音公司的第六個A-10雷電壽命周期項目保障（TLPS）合同，按照該合同，波音公司將采用各種創新和省錢的方法，繼續增強A-10的性能［7］。

6）波音公司獲得美國空軍B-1飛機航空電子軟件合同。美國《軍事與航空航天電子學》2011年11月1日報道：波音公司已贏得美國空軍為其B-1轟炸機隊航空電子軟件再次升級的一份價值5700萬美元后繼合同［8］。

該合同繼續了自1989年該飛機服役起升級和改進B-1飛機可維護性和作戰能力的軟件支持項目，即通常情況下，一個航電軟件模塊正在開發的同時，另一個軟件模塊正在測試，而第三個軟件模塊正在該66架B-1機組成機隊中服役。該新合同授權波音公司啟動維護模塊16A（SB 16A）工作。

該SB 16A 工作包含修改飛機的導航、武器投放、雷達、診斷、電子多路復用、通信／導航管理系統軟件以及控制／顯示軟件。該設計和開發工作將立即啟動。此外，波音公司的SB 16A 將利用新近獲得生產合同引入的新彩色座艙顯示器、數據鏈和傳感器性能，進一步改進B-1飛機的機組人員態勢感知。該多任務B-1飛機一直使用著一組大型組合精確武器支持聯合部隊的行動，其低雷達橫截面積、可變幾何外形的機翼、先進的航空電子系統以及二次燃燒的發動機組合使其具有遠作用距離、高機動性能、高空速和高可生存性。

7）BAE系統公司幫助韓國升級F-16戰斗機航空電子裝備。BAE系統公司網站2012年8月12日報道：韓國政府將請BAE系統公司幫助升級其130多架F-16戰斗機的航空電子設備。這項承包工作將通過美國國防部對外軍事銷售計劃實施［9］。

預計升級F-16戰斗機航空電子裝備的全球市場價值將超過30億美元，共有3000多架F-16戰斗機需要升級。

BAE系統公司提供的裝備約占全球F-16 戰機航空電子裝備的40%。該公司的升級解決方案包括火控計算機，這是目前在F-16市場中用得最多的計算機。

BAE系統公司服務于F-16始于20世紀70年代，包括提供飛行控制系統和地面支持。此外，該公司還將為美國空軍國民警衛隊的270架F-16戰斗機和土耳其空軍的50架F-16戰斗機更新航空電子裝備。

BAE系統公司將為韓國提供的服務包括系統工程和集成、軟件和電子工程、報廢管理和后勤支援。升級工作將在BAE系統公司在佛羅里達州沃爾頓堡灘（Fort Walton Beach）、德克薩斯州圣安東尼奧（San Antonio）和喬治亞州華納羅賓斯（Warner Robins）的工廠，以及加利福尼亞州莫哈韋沙漠（Mojave）和佛羅里達州Crestview的航空吊架進行。

4 未來航空電子系統發展方向

20世紀70年代以來，航空電子系統迅速向數字化、綜合化和模塊化方向發展。某些專用的任務系統已逐漸演變為通用系統（如綜合顯示系統及任務計算機）。在通用體系結構的基礎上擴展相應的任務功能，就能適應執行不同的任務飛機的需要。在各種新飛機發展需求的牽引（更多的功能、更高的性能和可靠性、更好的后勤保障能力及更低的全壽命費用）和不斷涌現的新技術的推動（超高速集成電路VHSIC、專用集成電路A-SIC、微波固態集成電路MIMIC、人工智能及各種先進的高級程序語言）下，未來的航空電子將向更加綜合化、模塊化、通用化、智能化和網絡化的方向發展。這“五化”是緊密相關的，既互相制約，又互相推動［10］。

4．1 綜合化

綜合化航空電子系統不僅是新一代軍用飛機的重要特征，也是航空電子系統的一種嶄新的設計方法和發展方向。航空電子系統通過綜合，其性能可以達到更高水平，它能最佳和最充分地利用各子系統的信息資源，最有效地完成設計者所賦予的任務。隨著綜合水平的提高，系統將具有更強的功能、更好的容錯能力和對各種不同需求的適應能力。實際上，目前正在服役的航空電子系統只是在數據顯示部分實現了較高程度的綜合，今后的航空電子系統將把綜合的范圍擴大到各種傳感器的射頻部分，它將把雷達、電子戰、通信、導航和識別等多種傳感器進行分類綜合，共享某些射頻部件，甚至共享天線。還可能使用先進的光子器件把射頻信號直接在接收機前端進行模／數轉換，從而省掉了變頻和中頻放大級，對傳感器的傳統結構進行徹底的變革。航空電子系統的綜合化還充分考慮到電子技術發展迅速的特點，使系統擁有二次開發能力。目前世界上多數國家采取了“一代平臺，多代航電”的做法，以持續提升系統的性能。

4．2 模塊化

模塊化是綜合化的基礎，更高程度的模塊化將帶來更高程度的綜合化。由于集成電路發展很快，集成度已達到很高水平，各種完整的功能已能濃縮在一個標準電子模塊封裝內。最近出現的晶片集成電路（WSI）有可能提供更大的吞吐能力及更小的尺寸和功耗。航空電子系統的三級維修體制將演變成二級維修體制，外場可更換組件（LRU）將被外場可更換模塊（LRM）代替，這將為提高飛機的后勤保障能力和出勤率起到重要作用。高度模塊化還是實現系統容錯和重構功能的前提條件，這種結構打破了傳統航空電子系統按功能劃定分系統的任務處理方式，通過軟件的動態加載，將任務動態地分配給某個外場可更換模塊執行，這樣就從結構上使系統容錯和重構得以實現。

4．3 通用化

通用化是指在系統中最大限度地使用相同類型的模塊，以達到提高系統的重構能力、后勤保障能力和降低費用的目的。模塊通用化工作20世紀80年代即已開始，但在軍用飛機上的應用遠比民用飛機落后。進入20世紀90年代、情況有了很大的變化，這期間航空電子技術進步最快，飛機作戰性能對航空電子系統性能的依賴也越加緊密。同時，它在飛機總價格中所占比例也日益增加。因此，為了降低費用，尋求航空電子系統在不同軍種中使用的共性，建立一些通用的軟件和硬件標準，變得更有吸引力。通過計算機輔助軟件工程等手段，開發可重用的通用軟件，將有助于提高軟件的生產效率。軟件通用化是目前的一個重要發展方向。

4．4 智能化

21世紀的軍機，不僅要求具有巨型計算機的能力，而且應該是個巨型機網絡（可能多達15臺巨型機），對系統要求的處理能力超過每秒2000 億次，系統應能實現：為駕駛員提供實時決策咨詢；對各種目標進行自動分類和識別；極低的可觀測性，即最大限度地減少電磁能量的輻射，降低被敵方截獲的概率；對各種威脅的報告，并能實施有效的電子對抗；為各種進攻武器提供所需目標參數，發射控制計算和引導控制。智能化系統使駕駛員從過量的任務負擔中解脫出來，集中精力于高層次的判斷，并可避免人腦在某些方面的能力不足。

4．5 網絡化

新一代戰斗機裝備有源相控陣火控雷達、高速數據鏈通信系統、綜合核心處理機、高速數據總線以及高度綜合的座艙顯示系統，不僅提高了機內外信息的獲取、處理和傳輸能力，而且大大增強了機內外信息的交互利用和共享能力。新一代戰機將成為未來以網絡為中心作戰的節點，可方便地獲取衛星、預警機、地面指控中心、友鄰部隊等各種機外信息資源；飛行員通過座艙顯示終端系統能隨時掌握戰場態勢，做出正確判斷和決策。航空電子統一網絡將成為未來航空電子系統的必然選擇。

5 結語

人類已進入21世紀，回顧100年來科技進步之快是過去幾千年都難以比擬的。美國的F-22和F-35戰斗機是世界上新一代戰斗機的典型代表。它們的航空電子系統是由各種機載信息采集設備（傳感器／數據鏈）、信息處理設備、信息管理和顯示控制設備以及相應軟件組成的一個龐大的網絡系統。其中，傳感器的綜合是航空電子系統綜合的關鍵技術的之一，它將系統的通信導航識別、電子戰、雷達、紅外搜索跟蹤、前視紅外、激光測距／照射等各自獨立的傳感器，按射頻和光電兩個頻段綜合為一個系統。在未來的航空電子系統中，由于綜合程度的進一步提高，各種傳感器（如雷達／紅外和光電等探測系統、電子戰系統、通信／導航／識別系統等）除了本身進行充分的模塊化和微型化改進外，還將實現在各子系統之間更為深入的綜合和廣泛的軟、硬件資源共享。目前，各種傳感器約占航空電子系統總成本的70%、總重量和體積的70%、總功耗的85%以及可靠性的65%。因此，實現航空電子系統總體性能的提高，必須在傳感器的系統綜合方面進行更大的努力和投入［11］。

［1］何勝強，張安．飛機航空電子綜合火控系統開發環境仿真［J］．火力與指揮控制，2008，33（2）：41-45．

［2］馮杰，費元春．綜合航電火控系統模擬系統設計［J］．系統仿真學報，2007，19（9）：1963-1966．

［3］首架MH-60R航空電子維護教練機進入美國海軍服役［N］．每日防務快訊，2010-07-15．

［4］航空電子用光纖市場至2013年將翻番［N］．每日防務快訊，2010-08-13．

［5］美海軍航空系統司令部開放航空電子診斷實驗室［N］．每日防務快訊，2010-11-12．

［6］美國洛馬公司將基于三核處理器對C-5貨機航空電子統一標準［N］．每日防務快訊，2011-02-09．

［7］美國空軍授予波音公司A-10攻擊機航空電子改進合同［N］．每日防務快訊，2011-09-14．

［8］波音公司獲得美國空軍B-1 飛機航空電子軟件合同［N］．每日防務快訊，2011-11-18．

［9］BAE系統公司助韓國升級F-16戰斗機航空電子裝備［N］．每日防務快訊，2012-08-15．

［10］張建東，高曉光．綜合航電顯控仿真系統的設計與實現［J］．火力與指揮控制，2006，31（2）：40-43．

［11］宋麗茹，何鋒，熊華鋼．航空電子藍圖系統實時性設計［J］．電光與控制，2010，17（6）：5-8．