航电系统是什么，包括那些？

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航电系统是什么，包括那些？

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现代飞机航电系统的设计研制过程采用MBSE研发流程。从设计到集成，都需要通过一系列的仿真、测试、验证。



本期我们来介绍EasyCode的航电仿真模型应用。
在航电系统工程的设计阶段需要构建数字化的设备仿真模型，进行验证。
工程师通过EasyCode，可以基于图形化的编程环境实现仿真模型的构建。


相比于代码开发提升了开发速度、减少了错误并可实现相似功能的复用。
通过EasyCode构建的仿真模型，可以实现系统网络通信、逻辑流程、人机交互和核心算法等的仿真验证。
工程师开发的仿真模型可以直接远程部署到指定的仿真环境运行，构建集成的仿真环境。


工程师可以像这样，图形化方式构建逻辑。


可以像这样以所见即所得方式构建人机交互界面，EasyCode支持进度条、曲线、三维、图标、数值、按钮、开关、输入框等多种UI组件。


还可以支持用户自定义函数。


也支持工程师以python脚本格式编写函数内容，更可以支持导入matlab工程生成组件。


在集成验证阶段，结合EasyCode支持的终端板卡，可以构建与真实物理网络通信的半实物仿真设备。


EasyCode支持Gjb289-A、AFDX、FC-ASM、1394、Rs422、Arinc429、UDP、AD、DIO等一系列通信协议与IO操作。


这里我们以1553B控制器应用举例，EasyCode支持1553总线协议的通信配置，可实现RT、BC仿真，支持总线表消息配置。


支持仿真过程中的数据收发控制，数据内容控制和接收数据处理。


支持周期消息的自动发送，支持事件型消息发送控制。


支持以多种方式设置发送内容，包括ICD、源码和变量三种方式。ICD方式设置内容时，可以为每个信号设置内容，可以设置常量和变量表达式。


支持接收到消息的事件处理逻辑，定义接收到某个块的处理流程。


EasyCode具备丰富易用的模型开发、调试和监视相关功能，支持多文档工程管理、图形化Debug断点调试、运行时数据监视和事后日志分析等功能。

• 运行模型的步骤展示
  

• 运行前具备错误检查功能，所有错误以列表展现，提示错误组件和错误信息，双击错误可定位到对应组。
  

• 运行后以动态数据线的形式展现运行流程,以数字标注每个组件的运行次数。
  

• 通过右键添加数据的实时监视
  

• 实时展现监视变量的最新值
  

• 通过鼠标右键，可以设置组件的运行断点。
  

• 进入断点模式，使用菜单和快捷键实现单步、进入、跳出和继续等调试操作。
  

• 所有模型运行历史均会记录，可以设置是否记录运行日志，日志可通过回放软件（logviewer）查看。
  

• 回放分析以时间轴形式浏览，可查看各阶段的运行情况，可查看每个组件的运行记录列表和各个变量的变化情况。
  

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航空电子系统是一系列子系统的综合，其主要目标是帮助飞行员更有效、更安全地完成任务及使命。对民机而言，主要就是运送旅客到达目的地；对军机而言，则可能是拦截敌机、对地攻击、侦察或海上巡逻。根据功能及角色可分划分为五大板块：
1．人机接口：包括显示系统、通信系统、数据输入及控制、飞行控制系统。

• 显示系统在飞行员与飞机系统之间提供视觉接口，一般由平显（HUD）、头盔显示器（HMD）及下显（HDD）组成。
  
• 通信系统非常重要，需满足地面台站与飞机之间、飞机与飞机之间的双工通信需求及空中交通管制的需求。无线电发射机及接收机是历史上第一个机载航空电子系统。现代飞机的通信系统非常复杂且覆盖多个频段。长距通信使用高频（HF/短波）频段2-30MHz；民用中近距通信一般使用甚高频（VHF/超短波）频段30-100MHz，军用飞机一般使用超高频（UHF）频段250-400MHz。（VHF及UHF均属于视距传播系统）。现代飞机上也安装卫星通信系统可提供可靠的全球通信。
  
• 数据输入及控制系统对飞行员而言是与航电系统最基本的接口系统，表现形式从键盘到触摸面板再到语音输入。
  
• 飞行控制系统应用包括两个领域：自动操纵系统及电传控制系统。
  

2．飞机状态感知：由大气数据系统及惯性传感器系统组成。

• 大气数据系统提供大气数据的准确信息，如高度、校正空速、垂直速度、真空速、马赫数等。大气数据计算机由传感器测量的静压、总压及外部空气温度计算得出前述数据量值。
  
• 惯性传感器系统提供飞机姿态及方位信息。惯性传感器提供姿态及方位信息，其主要由一系列陀螺及加速度计组成，这些传感器测量飞机相对飞机轴系的角度及线性运动，并输出至解算系统进而得出飞机姿态及方位。
  

3．导航：提供飞机准确导航信息，如飞机位置、低速、航向角等。主要分为航迹推算系统及定位系统。

• 航迹推算系统的主要类型包括：惯性导航系统、多普勒参照系统、大气数据参照系统。
  
• 定位系统主要有全球定位系统（GPS）及其它无线电导航辅助系统如：VOR/DME及TACAN提供距离及方位角。可见度较低情况下的进近引导系统由仪表着陆系统（ILS）、微波着陆系统（MLS）及正在兴起的卫星着陆系统（GLS）提供。
  

4.外界感知：主要包括雷达及红外传感器。此系统能作用于所有天气及夜视条件操作，从而改变飞机的操作性能。以下简单描述一下这两个系统：

• 雷达系统：安装在民用飞机及一般通用飞机上的雷达主要提供天气预警服务，探测飞机行进前方雨滴并提供暴风雨、云层气流扰动及严重冰雹预警，以保证飞机能及时调整航线从而避开极端天气。现代战斗机一般都负有对地攻击及拦截使命从而需要其装载多模式雷达以扮演双重角色。在空中拦截模式，雷达必须能够探测100英里（约160km）以外的飞机，并且能够同时扫描跟踪多个目标（典型要求至少12架飞机）。雷达也必须具有下视功能以跟踪在其下方飞行的飞机。在对地攻击及地图模式时，雷达系统能够生成来自地面回波的类地图的显示，从而识别出特有的地形特征以保证定位及获取目标。
  
• 红外传感器系统：该系统在被动系统中具有很大优势。红外传感器能用以提供外界的热成像图像。夜视环境下的热成像图像与白天的图片非常相似，但高亮显示发热源，比如装备的发动机，从而从伪装目标中辨别出真正目标。红外传感器系统也可工作在搜索及跟踪模式下。
  

5.任务自动化：此板块主要功能为减小飞行员工作量，通过自动化操作及管理尽可能减少飞行员操作。此类系统可简要分为如下几种：

• 导航管理：该系统包括了所有无线电导航辅助系统的操作并对导航源的数据进行组合，如GPS及惯性导航系统，从而提供飞机位置、地速及航迹的最佳估算值。之后，该系统得出自动驾驶仪的操纵指令从而飞机沿着计划的导航路径自动飞行。注：该功能由飞行管理系统执行（如果飞机上安装的话）。
  
• 自动驾驶仪及飞行管理系统（FMS）：这两个系统经常放在一起来讨论。现代民用客机中这两者的集成度非常相似。但是自动驾驶仪是一个独立的系统，而飞行管理系统不一定在所有飞机上装载。FMS执行的任务包括：飞行规划、导航管理、引擎控制以保证预定速度或马赫数、垂直飞行剖面控制、保证飞机在预定时间段位于预定3D位置、飞行包线预测、燃油最少消耗控制。
  
• 发动机控制及管理系统：承担发动机控制、发动机效能管理及监测任务。另一个非常重要的发动机航电系统为发动机健康监测系统。
  
• 后台管理：承担所有飞机安全及有效操作的后台任务，如：燃油管理、电源管理、液压管理、座舱/客舱压力系统、环控系统、告警系统、维护及监控系统等。
  

    参考R.P.G.Collinson. (2011). Introduction toAvionics Systems. Rochester,Kent,UK: Springer.