民用飞机航电系统发展历程

随着国产大飞机 C919 的成功首飞，航空相关的技术越来越受到广泛地关注。在过去的一个世纪以来，随着民用航空领域的不断发展，航电系统始终作为飞机中最重要的系统组件之一，一直发挥着举足轻重的作用。电子信息、计算机系统等新技术不断被融合进航电系统，在用户需求的驱动下，航电系统的理论和技术也在不断得到提升，概括地说共经历了分布式航电、联合式航电、综合模块化航电等多个发展阶段。作为下一代分布式综合模块化航空电子系统（DIMA）概念也在不断的研究和发展中。

（图为航电系统的发展概述 图片来源：知乎）

（1）分布式航空电子系统

分布式航电系统是离散的分布式系统结构，各个航电子系统（如通信、导航等）都采用了各自专有的处理机与设备，功能组织之间独立构建，子系统之间的信息交换较少，子系统间交互性低。其优点是系统之间几乎无需信息共享，故障传播的几率低。缺点是由于各个子系统的改进和升级都依赖于设备的更新升级，飞机的大部分系统和功能需要重新进行认证，这就导致了系统高昂的维护升级成本，以及较差的开发和认证灵活性。

（2）联合式航空电子系统

联合式航电系统从20世纪90年代开始发展，其特点是由多处理机集合构成子系统，且每个子系统具备独立的处理环境。联合式航电系统根据预先定义的系统功能（任务）目标，进行功能组织、资源管理、状态管理的自主构建，并且由独立的系统状态和功能需求来实现各个子系统处理机的功能。其显著特征是根据功能需求进行硬件研发，针对功能和需求实现独立的专用嵌入式子系统，但是因此也导致系统升级成本高昂。联合式航电系统的独立化和专用化，使得其具备故障传播屏障的显著优点。因此各个子系统的故障相互之间不会影响，能够有效保障航电系统的安全性和可靠性。

（图为航电系统各阶段的系统架构图 图片来源：百度百科）

（1）综合模块化航空电子系统

综合模块化航电系统的概念自 20 世纪 90 年代开始逐渐发展，随着航电系统的不断发展，系统的任务和功能需求越来越高，对于资源的需求也越来越大。由于联合式航电的传感器、作动器、显示器和控制器等都有独立的接口，联合式航电具有较高的系统复杂性。因此，设计人员引入了多电架构（MEA），建立起一套全互连、综合化、模块化的系统架构，称作综合模块化航电系统（IMA），进而进一步降低了质量和成本。

综合模块化航电系统经过了了3个阶段的发展：

1）第 1 阶段：物理综合

这个阶段主要是由系统集成商提供功能软件，将传统的外场可更换单元（LRU）进行模块化的转换设计，使之成为外场可更换单元（LRM），进而完成系统模块之间的物理综合，即在相同的机柜内实现模块之间的综合。

2）第 2 阶段：物理综合和部分综合

这个阶段使用模块化结构设计，部分功能由机架的集成商以及专业的模块提供商进行综合，采用串行的底板总线以及部分开放式机架、机箱结构设计。

3）第 3 阶段：物理综合和功能综合

该阶段采用了开放式的体系架构，对网络和 I/O 技术进行统一管理和布局，进一步提升了系统资源的共享，综合范围越来越大，层次也越来越深。

（2）分布式综合模块化航空电子系统

分布式综合模块化航电系统（DIMA），是将 IMA 平台分布式地部署到飞机上的多个安装位置，并通过 AFDX 网络提供实时和容错性的数据通信（AFDX是通过虚拟链路技术，保证数据在以太网中的延迟和抖动的上限，保证数据在传输过程中的稳定性），从而进一步缩短线缆长度和响应时间。DIMA 具有天然的故障隔离屏障，能够进一步提高系统安全性，且当中还使用了新的硬件平台用来处理 I/O和控制。此外，DIMA结合了联合式航电和IMA 的优势，使用了分布式的结构，通过主动冗余提供容错性，并且使用共享的处理器、内存、传感器和 I/O接口等系统资源，对商用货架产品（COTS）组件进行了更强的综合。

自1949年出现至今60多年，航空电子是指把电子技术应用于航空领域的一门学科，其技术发展趋势呈指数曲线上升，特别是近30年，在技术发展和需求牵引的推动下，航空电子系统得到了飞速的发展，已成为飞机的重要组成部分。现在已延伸到泛指航空、导弹和宇航领域，为完成飞行任务和其它任务所用的各种电子设备和系统。