基本介紹
- 中文名：綜合航電系統
- 外文名：integrated avionics system
- 所屬領域：航空
- 主要分類：PFD、ND
- 型號舉例：APEX
- 組成：集成組件、感測器、顯示器等
組成,控制方式,關鍵技術,套用舉例,
組成
集成航電組件
集成航電組件是綜合航電系統的中心，結構體系中，有兩個集成航電模組，每個集成航電模組中，集成了甚高頻導航接收機、下滑道接收機和GPS接收機。與集成航電組件相連的是各LRU以及顯示組件，在綜合處理器的統一處理下，各個LRU都通過數據匯流排和集成航電組件交換信息。集成航電組件通過高速數據匯流排與對應的顯示器匹配交換數據。綜合航電系統中的顯示組件為主飛行顯示器PFD和多功能顯示器MFD，顯示組件直接安裝在顯示器上。
感測器
綜合航電系統中的感測器主要有姿態和航向基準系統、磁力計、大氣數據計算機、發動機/飛機組件。 
1．姿態和航向基準系統
姿態和航向基準系統提供飛機的姿態和航向信息，並通過ARINC 429協定與顯示組件和集成航電組件通信。
在某些飛機上，綜合航電系統採用垂直陀螺提供姿態信號，並採用方位陀螺和磁感測器等提供航向信號。
2．磁力計
磁力計用於測量本地磁場，並將本地磁場信息傳送給姿態和航線基準系統，以獲得磁航向。陔組件直接南姿態和航線基準系統供電，並通過RS-485數字接口與其通信。
3．大氣數據計算機
大氣數據計算機處理全壓/靜壓系統和外部大氣溫度感測器的數據，向整個綜合航電系統提供氣壓高度、空速、垂直速度和外界大氣信息，並使用ARINC 429數據接口與主集成航電組件、顯示器、姿態與航向基準系統通信。
4．發動機/飛機組件
發動機/飛機組件接收和處理髮動機和機身感測器輸送的信號，並將這些數據提供給集成航電組件。這些感測器包括發動機溫度和壓力感測器、燃油測量感測器和壓力感測器。發動機/飛機組件通過RS-485數據接口與兩個集成航電組件通信。
綜台航電系統的顯示器
綜合航電系統的信息主要通過顯示組件顯示給機組，顯示組件採用電子顯示器。通常，電子顯示器有2個，也有飛機采朋在正/副駕駛的儀錶板上分別安裝一個PFD，而在中央儀錶板上安裝一個MFD的布局。
1．PFD的顯示
PFD用於顯示主飛行參數，包括姿態、空速、高度、垂直速度和航向。這些飛行參數在PFD上的位置符合飛行參數“基本T形”布局的要求，即姿態顯示位於顯示屏的中央．左邊是速度，右邊是高度，下方是航向/航跡等導航參數。垂直速度則顯示在高度的右邊。
在某些飛機上，還可以在PFD適當的位置顯示導航信息、通信信息、通告信息、警告信息，交通信息等。此外，某些飛機的PFD上還可以插入航圖。
2．MFD的顯示信息
多功能顯示器MFD主要顯示發動機參數和導航參數。在有些飛機上．導航參數顯示在中央，發動機參數顯示在頂部。在某些飛機上，導航參數顯示在中央，發動機參數顯示在左邊，並可通過軟鍵對該區域的顯示進行設定，可以是發動機顯示、系統顯示或燃油系統。
3．綜合航電系統的備用顯示技術
在綜合航電體系下，當某一個顯示器發生故障時，綜合航電系統會自動轉換成備用顯示模式。在備用顯示模式下，所有重要的飛行信息都在剩餘的顯示器上顯示，且顯示格式與正常模式相同。
在備用顯示模式下，正常工作的顯示器上能夠顯示的信息一般包括原PFD上的所有信息和發動機顯示的信息。
也可以人T使綜合航電以備用模式的形式顯示，通常使用的方法是按壓備用按鈕或按壓PFD/MFD顯示轉換按鈕。
控制方式
在綜合航電系統中，特別是在中小型飛機的綜合航電系統中，為了簡化系統操作，儘量減少工作量和所需時間並獲得先進的功能，也為了充分利用駕駛艙內有限的空間，通常將與顯示有關的控制組合在主飛行顯示器和多功能顯示器上，而將音頻控制單獨設計成一個音頻控制板。如果駕駛艙內空間足夠，也可以將與顯示有關的控制單獨設計成一個控制板。
1．PFD和MFD上的控制鍵
一般情況下，PFD和MFD上的控制是完全相同的，分為硬控制和軟控制兩種，硬控制設計在顯示器的左、右兩側，每一個控制鍵都有特定的功能。例如，左上角是導航系統的控制，用於對導航系統進行調諧等操作；右上角是通信系統的控制，用於對通信系統進行調諧。
軟控制設計在顯示器的底部，每一個軟控制都由一個具體的按鍵和按鍵上方顯示的功能字元組成，按壓按鍵，即可實現功能字元所代表的功能。例如．按壓INST鍵，可以在PFD上插入航圖；按壓XPDR鍵．可以通過PFD的軟控制對二次雷達應答機進行編碼和識別。
各控制鍵具體的功能可參閱機型手冊，這裡不再闡述。
在某些機型上，軟控制使用的是顯示器左、右兩側的行選擇鍵．按壓某行選擇鍵，將選擇該行選擇鍵對應的顯示格式或顯示信息等。
2．具有獨立控制器的綜合航電的顯示控制 
如果駕駛艙空間足夠大，在綜合航電系統的駕駛艙內可安裝獨立顯示控制板。每一個機型上的顯示控制板都不完全相同，但基本都可以對電子水平狀態指示器(EHSI)或多功能顯示器(MFD)上地圖顯示部分的顯示格式和顯示信息等進行控制，並能夠對顯示屏的亮度進行調節。圖4-114所示為某機型上的顯示控制板。該控制板上的上排控制電門用於選擇EHSI或MFD的顯示格式；第2排的按鈕用於選擇EHSI上或MFD上是否顯示方位指針信號，選擇NAVl按鈕，使EHSI上顯示1號VOR方位指針；選擇NAV2按鈕，使EHSI上顯示2號VOR方位指針；按壓ADF按鈕，使EHSI或MFD上顯示兩個ADF方位指針。左邊的HDG旋鈕用於設定預選航向，按壓該旋鈕預選航向游標回到實際航向處，使航向同步；右邊的旋鈕用於設定預選航道，按壓該旋鈕，航道偏離桿回到中心位置，執行直飛操作。BRT旋鈕用於調節顯示器的亮度。
關鍵技術
模組化
模組化主要是要實現功能上的復用，進而實現資源共享，為數據融合提供堅實的基礎，更進一步。還可以實現多餘度。
模組化要先按照功能或其他方式進行分類，把不同功能模組分離開，可以分為圖形顯示、數據處理、控制和數據採集。在圖形顯示上，根據顯示內容不同，可分為姿態顯示、高度顯示、指示空速顯示等不同的模組。在數據處理上，根據不同數據類型．也可分成不同的模組，使用不同的算法進行計算。數據控制和數據採集也可以按照這種方法，進行模組化處理。
採用模組化系統結構，有利於進行系統的集成與功能綜合．有利於系統的擴充和系統剪裁，有利於採用商用貨價產品技術。有利於系統的升級，降低系統的全壽命周期成本。實現系統的重構與容錯，提高系統的可靠性。
多感測器數據融合技術
飛機上需要顯示和處理的數據來源於各種感測器採集的數據。由於信息的來源、傳輸格式不盡相同．多感測器/多數據源信息採集平台要對它們進行相應的處理。首先要對信息進行分類，然後將信息進行歸一化處理，採用標準的量綱和表達方式．最後將處理好的信息提供給其他系統和模組使用。對於多感測器，多數據源、高解析度的系統來說，要想達到有效和自主地使用，就必須通過某種方法，將來自不同感測器的不完備的、不準確的、不一致的數據與其他感測器提供的數據進行融合，以得到更有用的數據和信息。
綜合航電系統匯流排技術
綜合航電系統在各分系統之間有著大量的信息需要交換。各分系統通過各自的接口與匯流排交聯，實現資源共享以滿足高速通信的要求，形成一定層次結構的計算機網路。
航空匯流排技術的目的正是實現航空電子各子系統之間、通用處理模組之間的資源共享。減輕互聯介質的重量、降低複雜性，支持系統過程控制和狀態管理。
ARINC429數據匯流排是一種單向傳輸匯流排，數據流只能從傳送器向接收器傳遞．採用異步通信方式。由於ARINC429具有接口方便、數據傳輸可靠的特點，很快成為商務運輸航空領域套用最廣泛的航空電子匯流排．空中客車公司的A310/A320、A330/A340飛機，波音公司的波音727、737、747、757和767飛機，哈飛公司的直9系列機與運12系列機等都採用了這種匯流排。
隨著超大規模積體電路技術、計算機技術的迅速發展，ARINCA29匯流排也暴露出其難以克服的缺點。而MIL-STD-1553B匯流排具有運行的可檢測性、高的綜合性能等優勢而得到普遍承認，成為一種國際性的航空航天匯流排標準。
MIL-STD-1553B最大的缺點是整個匯流排由集中的匯流排控制器來控制，整個匯流排系統的通信是在匯流排控制器指揮下進行的，這給匯流排帶來潛在的單點故障，影響可靠性，一旦匯流排控制器失效，將造成整個匯流排系統的癱瘓。至今，1553B匯流排技術很少用在民用飛機上，主要用在軍機上。
套用舉例
APEX綜合顯示控制系統
APEX綜合顯示控制系統是霍尼韋爾公司為中小型飛機開發的新的綜合航電系統，系統結構主要分為數據採集、數據處理、控制和顯示四個部分。
APEX綜合顯示控制系統由下列部件組成：2台主飛行顯示器(PFD)，2台多功能顯示器(MFD)，2個主飛行顯示器控制板，1個多功能控制板(MFC)，1個顯示轉換控制板，1個模組化航電單元(MAU，含各功能模組)，2個數據採集單元(ADAU)。
其中主飛行顯示器和多功能顯示器起顯示作用，每個顯示器顯示的內容不同，以正駕駛主飛行顯示器為例：將顯示器分為4個顯示區域，分別為HSI區域、ADI區域、發動機參數指示區域和無線電信息顯示區域。HSI區域中主要包括飛機磁航向/真航向顯示、真空速和地速指示、預選航向、航跡讀數和游標、導航源選擇指示、VOR/LOC/DME指示、風速及風向指示、大氣總溫指示、飛行時間指示等。根據用戶設定，還可在此區域中疊加顯示近地告警和氣象雷達系統信息。主飛行顯示器控制板、多功能控制板和顯示轉換控制板起控制作用。模組化航電單元進行數據處理。數據採集單元進行數據採集。
系統核心部分模組化航電單元採用模組化設計，主要的功能模組包括：電源模組、網路接口控制模組、圖形模組、通用I/O模組、用戶I/O模組和激勵I/O模組等。系統功能可根據用戶需要配置，且具有功能擴展性。
某型機綜合航電系統
某型機綜合航電系統吸取了“玻璃座艙”的概念，將大量複雜的感測器數據經採集、處理、融合後通過大螢幕高解析度的液晶顯示器顯示出來，取代傳統的機電式儀表。同時，綜合航電系統內部採用高速數據網路實現數據傳輸、任務同步和數據互比。可以靈活處置系統多種故障模式，使系統具備在一定故障等級下的一次故障工作能力。提高了系統的可靠性和安全性。
採用高度綜合的集成一體化設計，綜合顯示控制系統將通用模組、標準匯流排、高速網路和實時嵌入式作業系統集成在一個高性能計算平台內，提供強大的數據處理、信號處理、接口處理和圖形處理能力，具有感測器輸入數據的綜合處理、數據融合、任務計算、視頻信息生成、導航計算、外掛管理、電子對抗、通信管理、系統控制和故障檢測、重構等多種功能，充分體現信息綜合、顯示綜合、功能綜合、硬體綜合、軟體綜合、檢測綜合的特點。
