機載電子設備-概論

航空電子及自動化2012.92考核方式平時成績（出勤+作業(yè)）：30%；期末考試：70%。3課程目的掌握航空機載電子系統(tǒng)與設備的組成、工作原理及特點，以及各種機載設備的功能。4航空電子設備嚴格意義上，航空電子設備僅適用于專門為航空用途而設計的，并且作為飛行器的一個組成部分安裝在飛行器上的電子設備。Avionics(航空電子)=Aviation(航空)+Electronics(電子)航空電子始終是航空發(fā)展的最重要因素之一。5A3206A320駕駛艙7波音777-200L8波音777-200L駕駛艙9波音747電子艙10機載電子設備的作用機載電子設備最重要的功能之一是當駕駛員的感官（如直接目視），因為夜間或雨、雪和霧這些能見度不佳或為零而失去作用時，能夠為駕駛員提供數(shù)據。沒有先進的機載電子設備，就沒有先進的飛機，就無法實現(xiàn)安全、可靠、舒適、低成本和高密度的民用飛機飛行，也無法完成現(xiàn)代戰(zhàn)爭所賦予的軍用飛機的使命。11機載電電子設設備發(fā)發(fā)展回回顧（（1）1910年，飛飛機上上開始始使用用無線電電臺與地面面通信信，電電子設設備的的應用用首次次計入入航空空史冊冊。1914年，出出現(xiàn)以以陀螺儀儀為基礎礎的控控制系系統(tǒng)，，它可可以在在沒有有駕駛駛員干干預的的情況況下使使飛機機保持持平飛飛。1918年，陀螺磁磁羅盤盤問世。。12BeckerVHF機載無無線電電收發(fā)發(fā)機13陀螺（（定軸軸性））14機載電電子設設備發(fā)發(fā)展回回顧（（2）至第一一次世世界大大戰(zhàn)，，航空空儀表表主要要包括括：直直讀式式發(fā)動動機轉轉速表表，潤潤滑油油溫度度和壓壓力表表，空空速表表，高高度表表和羅羅盤。。但這這些儀儀表都都不含含電電子子元元件件。第一一次次世世界界大大戰(zhàn)戰(zhàn)中中，，德德國國人人利用用無無線線電電進進行行飛飛機機途途中中定定位位，方方法法是是飛飛機機向向多多個個地地面面無無線線電電臺臺發(fā)發(fā)射射無無線線電電信信號號，，這這些些電電臺臺用用三角角法法（測測向向））測測出出飛飛機機位位置置后后，，將將位位置置信信息息發(fā)發(fā)給給駕駕駛駛員員。。15利用用無無線線電電進進行行飛飛機機定定位位位置置未未知知位置置已已知知位置置已已知知位置置已已知知位置置線線位置置線線位置置線線16機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（3）1920年代代，，美美國國人人發(fā)發(fā)明明無線線電電航航向向信信標標導導航航系系統(tǒng)統(tǒng)，地面面導導航航臺臺信信標標用呈呈十十字字形形的的4條無無線線電電波波束束標標定定機機場場位位置置，，這這些些波波束束用用摩爾爾斯斯碼碼識別別是是A和N。駕駕駛駛員員通通過過這這套套系系統(tǒng)統(tǒng)找找到到波波束束的的中中心心線線，，方方法法是是通通過過耳耳機機監(jiān)監(jiān)聽聽導導航航臺臺的的信信號號并并操操縱縱飛飛機機直直到到這這些些字字母母在在耳耳機機中中的的聲聲音音強度度相相等等。17簡單單的的無無線線電電導導航航18機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（4）1930年代代，，飛飛機機成成為為一一種種運運輸輸工工具具，，由由于于尺尺寸寸變變大大、、設設備備日日趨趨復復雜雜，，并并要要求求晝晝夜夜進進行行遠遠距距離離飛飛行行，，它它們們開開始始給給駕駕駛駛員員帶帶來來體體力力和和精精神神上上的的極極度度疲疲勞勞，，美美國國人人開開始始在在民民航航飛飛機機上上使使用用自動動駕駕駛駛儀儀，以以減減輕輕駕駕駛駛員員的的負負擔擔。。自動動駕駕駛駛儀儀向向駕駕駛駛員員提提供供現(xiàn)現(xiàn)在在“發(fā)生生了了什什么么”以及及“怎樣樣去去做做”。根根據據選選定定的的工工作作方方式式，，自自動動計計算算操操縱縱指指令令，，指引引駕駕駛駛員員操操縱縱飛飛機機，使使飛飛機機進進入入給給定定軌軌跡跡并并保保持持。。19自動動駕駕駛駛顯顯示示20機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（5）同期期，，英英國國人人基基于于電電磁磁波波傳傳送送出出去去遇遇到到障障礙礙向向回回反反射射的的物物理理現(xiàn)現(xiàn)象象發(fā)發(fā)明明雷達達。Radar=radiodetectingandranging（無無線線電電探探測測及及測測距距））雷達達在在第第二二次次世世界界大大戰(zhàn)戰(zhàn)中中發(fā)發(fā)揮揮了了重重要要作作用用。。另另一一項項共共生生技技術術，，即即信號號處處理理，也也隨隨之之得得到到發(fā)發(fā)展展，，由由于于雷雷達達原原始始回回波波中中包包含含大大量量有有潛潛在在價價值值的的信信息息。。并引引發(fā)發(fā)反反雷雷達達技技術術（（如如隱隱形形飛飛機機））的的出出現(xiàn)現(xiàn)，，即即電子子對對抗抗。21空中中監(jiān)監(jiān)視視雷雷達達22空中中監(jiān)監(jiān)視視雷雷達達的的收收發(fā)發(fā)設設備備23機載載探探測測雷雷達達（（位位于于機機身身下下方方））24機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（6）同期期，，陰極極射射線線管管顯顯示示器器出現(xiàn)現(xiàn)在在駕駕駛駛艙艙，，由由于于新新的的導導航航和和目目標標探探測測設設備備產產生生大量量信信息息（使使儀表表板板上上的的儀儀表表指指示示不不斷斷膨膨脹脹以以致致無無法法容容納納，，駕駕駛駛員員負負擔擔過過重重），，這這些些信信息息需需要要盡可可能能詳詳細細地提提取取出出來來并并以方方便便的的方方式式呈現(xiàn)現(xiàn)給給機機組組人人員員。。25機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（7）1950年，，美美國國研研制制出出第第一一部部慣性性導導航航系系統(tǒng)統(tǒng)：一一種種將將陀陀螺螺儀儀和和靈靈敏敏的的加加速速度度計計結結合合在在一一起起的的新新的的導導航航方方法法。。由由此此，，開開創(chuàng)創(chuàng)了了自主主式式導導航航系統(tǒng)統(tǒng)的的時時代代。。慣性性導導航航系系統(tǒng)統(tǒng)（（INS）是是一一種種不不依依賴賴于于任任何何外外部部信信息息、、也也不向向外外部部輻輻射射能能量量的自自主主式式導導航航系系統(tǒng)統(tǒng)，，具具有有很很好好的的隱隱蔽蔽性性。。26平臺臺慣慣導導系系統(tǒng)統(tǒng)的的組組件件加速度計陀螺基座俯仰環(huán)軸橫滾環(huán)軸方位環(huán)軸27機載載電電子子設設備備發(fā)發(fā)展展回回顧顧（（8）與慣慣性性導導航航幾幾乎乎同同時時發(fā)發(fā)展展起起來來的的另另一一種種自自主主導導航航設設備備（（不依依賴賴地地面面助助航航設設備備而獨獨立立工工作作））是是多普勒導航航系統(tǒng)。這是一種種通過測量量地速及偏偏航角實現(xiàn)現(xiàn)導航的系系統(tǒng)。飛機通過具具有三維穩(wěn)穩(wěn)定控制作作用的天線線向下發(fā)射射幾條狹窄窄的電磁能能量波束，，以照射地地面上幾個個很小的面面積，并由由此收到從從地面反射射的部分發(fā)發(fā)射能量并并加以處理理以確定多普勒勒頻移。28多普勒導航航原理29機載電子設設備發(fā)展回回顧（9）1970年代，美國國開始建立立基于衛(wèi)星的的導航系統(tǒng)統(tǒng)，于1973年啟動GPS（全球定位位系統(tǒng)）計計劃，于1993年建成GPS系統(tǒng)。衛(wèi)星導航系系統(tǒng)是將導導航臺設置置在人造地球衛(wèi)衛(wèi)星上的導航系系統(tǒng)。由于于衛(wèi)星離地地高度很高高，其輻射射的無線電電波覆蓋區(qū)區(qū)域大，只只要一定數(shù)數(shù)量的導航航衛(wèi)星，即即可為全球球提供不受受天氣/時間變化影影響的導航航服務。30GPSBlockII衛(wèi)星31GPS衛(wèi)星星座（（示意圖））32機載電子設設備發(fā)展回回顧（10）GPS基于無源偽距測測距原理，利用用4顆衛(wèi)星實現(xiàn)現(xiàn)距離（偽偽距）測量量，即確定定用戶位置置。33GPS導航基本原原理測量距離接收機時鐘偏差位置及時間34機載電子設設備分類機載電子設設備主要可可分為航空空儀表、航航空無線電電系統(tǒng)兩大大部份。航空儀表：：測量（或或計算）飛飛機在飛行行狀態(tài)下的的飛行參數(shù)數(shù)以及發(fā)動動機和其它它設備的工工作狀態(tài)參參數(shù)的設備備。航空無線電電系統(tǒng)：用用以飛機通通訊和無線線電導航的的無線電電電子設備。。35航空儀表作作用為飛行員提提供駕駛飛飛機用的各各種目視數(shù)數(shù)據；為機載導航航設備提供供有關的導導航輸入數(shù)數(shù)據；為機載記錄錄設備提供供有關的記記錄數(shù)據；；為自動飛行行控制系統(tǒng)統(tǒng)提供有關關的數(shù)據。。36航空儀表發(fā)發(fā)展過程機械儀表階階段：傳感器與與指示器間間的信號傳傳輸是通過過機械結構構實現(xiàn)；優(yōu)優(yōu)點是結構構簡單、工工作可靠、、成本低廉廉；缺點是是靈敏度低低，指示誤誤差大，信信號能量小小；電氣儀表階階段：傳感器與與指示器間間的信號傳傳輸通過電電氣傳輸；；優(yōu)點是提提高測量精精度、儀表表的反應速速度和傳輸輸距離等；；缺點結構構復雜、重重量增加、、可靠性降降低。37機電式伺服服儀表階段段：采用具有反反饋功能的的自動調節(jié)節(jié)小功率伺伺服系統(tǒng)儀儀表，提高高儀表的靈靈敏度和精精度，有利利于儀表的的綜合化和和自動化；；綜合指示儀儀表階段：：把功能相同同或相關的的指示儀表表有機地結結合，形成成統(tǒng)一指示示的綜合儀儀表，已成成為發(fā)展趨趨勢；電子顯示儀儀表階段：：進一步向綜綜合化、標標準化和多多功能化，，出現(xiàn)高度度綜合又相相互補充、、交換顯示示的綜合電電子顯示系系列，初步步實現(xiàn)人機機對話。航空儀表發(fā)發(fā)展過程38發(fā)展階段結構特點優(yōu)點缺點機械儀表傳感器和指示器組裝在一起結構簡單，工作可靠，成本低廉靈敏度低，指示誤差大電氣儀表傳感器和指示器沒有組裝在一起，以電氣傳輸代替機械傳動反映速度快、準確程度高、傳輸距離遠，儀表板體積縮小儀表結構復雜、部件增多、重量增加、可靠性降低機電式伺服儀表采用具有反饋功能的自動調節(jié)小功率伺服系統(tǒng)儀表信號能量放大，提高指示精度和負載能力綜合指示儀表把功能相同或相關的指示儀表有機地結合，形成統(tǒng)一指示的綜合儀表，電子顯示儀表60年代出現(xiàn)電子屏顯示儀表，70年代中期又進一步向綜合化、標準化和多功能化，出現(xiàn)高度綜合又相互補充、交換顯示的綜合電子顯示系列，39航空儀表分分類按功用分：：飛行儀表表、發(fā)動機機儀表和其其它設備儀儀表(導航儀表、、系統(tǒng)狀態(tài)態(tài)儀表)。按原理分