机载电子设备-概论

航空电子及自动化2012.92考核方式平时成绩（出勤+作业）：30%；期末考试：70%。3课程目的掌握航空机载电子系统与设备的组成、工作原理及特点，以及各种机载设备的功能。4航空电子设备严格意义上，航空电子设备仅适用于专门为航空用途而设计的，并且作为飞行器的一个组成部分安装在飞行器上的电子设备。Avionics(航空电子)=Aviation(航空)+Electronics(电子)航空电子始终是航空发展的最重要因素之一。5A3206A320驾驶舱7波音777-200L8波音777-200L驾驶舱9波音747电子舱10机载电子设备的作用机载电子设备最重要的功能之一是当驾驶员的感官（如直接目视），因为夜间或雨、雪和雾这些能见度不佳或为零而失去作用时，能够为驾驶员提供数据。没有先进的机载电子设备，就没有先进的飞机，就无法实现安全、可靠、舒适、低成本和高密度的民用飞机飞行，也无法完成现代战争所赋予的军用飞机的使命。11机载电子设备发展回顾（1）1910年，飞机上开始使用无线电台与地面通信，电子设备的应用首次计入航空史册。1914年，出现以陀螺仪为基础的控制系统，它可以在没有驾驶员干预的情况下使飞机保持平飞。1918年，陀螺磁罗盘问世。12BeckerVHF机载无线电收发机13陀螺（定轴性）14机载电子设备发展回顾（2）至第一次世界大战，航空仪表主要包括：直读式发动机转速表，润滑油温度和压力表，空速表，高度表和罗盘。但这些仪表都不含电子元件。第一次世界大战中，德国人利用无线电进行飞机途中定位，方法是飞机向多个地面无线电台发射无线电信号，这些电台用三角法（测向）测出飞机位置后，将位置信息发给驾驶员。15利用无线电进行飞机定位位置未知位置已知位置已知位置已知位置线位置线位置线16机载电子设备发展回顾（3）1920年代，美国人发明无线电航向信标导航系统，地面导航台信标用呈十字形的4条无线电波束标定机场位置，这些波束用摩尔斯码识别是A和N。驾驶员通过这套系统找到波束的中心线，方法是通过耳机监听导航台的信号并操纵飞机直到这些字母在耳机中的声音强度相等。17简单的无线电导航18机载电子设备发展回顾（4）1930年代，飞机成为一种运输工具，由于尺寸变大、设备日趋复杂，并要求昼夜进行远距离飞行，它们开始给驾驶员带来体力和精神上的极度疲劳，美国人开始在民航飞机上使用自动驾驶仪，以减轻驾驶员的负担。自动驾驶仪向驾驶员提供现在“发生了什么”以及“怎样去做”。根据选定的工作方式，自动计算操纵指令，指引驾驶员操纵飞机，使飞机进入给定轨迹并保持。19自动驾驶显示20机载电子设备发展回顾（5）同期，英国人基于电磁波传送出去遇到障碍向回反射的物理现象发明雷达。Radar=radiodetectingandranging（无线电探测及测距）雷达在第二次世界大战中发挥了重要作用。另一项共生技术，即信号处理，也随之得到发展，由于雷达原始回波中包含大量有潜在价值的信息。并引发反雷达技术（如隐形飞机）的出现，即电子对抗。21空中监视雷达22空中监视雷达的收发设备23机载探测雷达（位于机身下方）24机载电子设备发展回顾（6）同期，阴极射线管显示器出现在驾驶舱，由于新的导航和目标探测设备产生大量信息（使仪表板上的仪表指示不断膨胀以致无法容纳，驾驶员负担过重），这些信息需要尽可能详细地提取出来并以方便的方式呈现给机组人员。25机载电子设备发展回顾（7）1950年，美国研制出第一部惯性导航系统：一种将陀螺仪和灵敏的加速度计结合在一起的新的导航方法。由此，开创了自主式导航系统的时代。惯性导航系统（INS）是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有很好的隐蔽性。26平台惯导系统的组件加速度计陀螺基座俯仰环轴横滚环轴方位环轴27机载电子设备发展回顾（8）与惯性导航几乎同时发展起来的另一种自主导航设备（不依赖地面助航设备而独立工作）是多普勒导航系统。这是一种通过测量地速及偏航角实现导航的系统。飞机通过具有三维稳定控制作用的天线向下发射几条狭窄的电磁能量波束，以照射地面上几个很小的面积，并由此收到从地面反射的部分发射能量并加以处理以确定多普勒频移。28多普勒导航原理29机载电子设备发展回顾（9）1970年代，美国开始建立基于卫星的导航系统，于1973年启动GPS（全球定位系统）计划，于1993年建成GPS系统。卫星导航系统是将导航台设置在人造地球卫星上的导航系统。由于卫星离地高度很高，其辐射的无线电波覆盖区域大，只要一定数量的导航卫星，即可为全球提供不受天气/时间变化影响的导航服务。30GPSBlockII卫星31GPS卫星星座（示意图）32机载电子设备发展回顾（10）GPS基于无源伪距测距原理，利用4颗卫星实现距离（伪距）测量，即确定用户位置。uuiuiuiibzzyyxx222)()()(33GPS导航基本原理测量距离接收机时钟偏差位置及时间34机载电子设备分类机载电子设备主要可分为航空仪表、航空无线电系统两大部份。航空仪表：测量（或计算）飞机在飞行状态下的飞行参数以及发动机和其它设备的工作状态参数的设备。航空无线电系统：用以飞机通讯和无线电导航的无线电电子设备。35航空仪表作用为飞行员提供驾驶飞机用的各种目视数据；为机载导航设备提供有关的导航输入数据；为机载记录设备提供有关的记录数据；为自动飞行控制系统提供有关的数据。36航空仪表发展过程机械仪表阶段：传感器与指示器间的信号传输是通过机械结构实现；优点是结构简单、工作可靠、成本低廉；缺点是灵敏度低，指示误差大，信号能量小；电气仪表阶段：传感器与指示器间的信号传输通过电气传输；优点是提高测量精度、仪表的反应速度和传输距离等；缺点结构复杂、重量增加、可靠性降低。37机电式伺服仪表阶段：采用具有反馈功能的自动调节小功率伺服系统仪表，提高仪表的灵敏度和精度，有利于仪表的综合化和自动化；综合指示仪表阶段：把功能相同或相关的指示仪表有机地结合，形成统一指示的综合仪表，已成为发展趋势；电子显示仪表阶段：进一步向综合化、标准化和多功能化，出现高度综合又相互补充、交换显示的综合电子显示系列，初步实现人机对话。航空仪表发展过程38发展阶段结构特点优点缺点机械仪表传感器和指示器组装在一起结构简单，工作可靠，成本低廉灵敏度低，指示误差大电气仪表传感器和指示器没有组装在一起，以电气传输代替机械传动反映速度快、准确程度高、传输距离远，仪表板体积缩小仪表结构复杂、部件增多、重量增加、可靠性降低机电式伺服仪表采用具有反馈功能的自动调节小功率伺服系统仪表信号能量放大，提高指示精度和负载能力综合指示仪表把功能相同或相关的指示仪表有机地结合，形成统一指示的综合仪表，电子显示仪表60年代出现电子屏显示仪表，70年代中期又进一步向综合化、标准化和多功能化，出现高度综合又相互补充、交换显示的综合电子显示系列，39航空仪表分类按功用分：飞行仪表、发动机仪表和其它设备仪表(导航仪表、系统状态仪表)。按原理分：测量仪表、计算仪表、调节仪表。40航空仪表分类测量仪表：用来测量飞机的各种运动参数，这些仪表的特点是需测量的参量可直接或间接测量获得；计算仪表：指飞机上的一些导航或系统性能方面的计算仪表，其特点是通过一个或几个参数计算判断方能得到参数；调节仪表：是指机上属于仪表专业人员维护范围的一些自动化控制系统设备。41航空仪表基本结构测量仪表的基本结构敏感元件中间环节指示部分直读式仪表基本结构原理敏感元件转换装置接收装置指示部分远读式仪表基本结构原理42航空仪表基本结构计算仪表的基本结构传感器转换接收装置计算设备转换指示部分43航空仪表基本结构调节仪表的基本结构开环系统控制器结构原理图闭环系统控制器结构原理图信号放大执行机构信号接收和处理信号输入输出控制量信号放大执行机构信号接收和处理输入控制量反馈装置-