航空電子及自動(dòng)化課程

航空電子及自動(dòng)化2012.9考核方式式平時(shí)成績(jī)績(jī)（出勤勤+作業(yè)）：：30%；期末考試試：70%。2課程目的的掌握航空空機(jī)載電電子系統(tǒng)統(tǒng)與設(shè)備備的組成成、工作作原理及及特點(diǎn)，，以及各各種機(jī)載載設(shè)備的的功能。。3航空電子子設(shè)備嚴(yán)格意義義上，航航空電子子設(shè)備僅僅適用于于專門為為航空用用途而設(shè)設(shè)計(jì)的，，并且作作為飛行行器的一一個(gè)組成成部分安裝在飛飛行器上上的電子設(shè)設(shè)備。Avionics(航空電子子)=Aviation(航空)+Electronics(電子)航空電子子始終是是航空發(fā)發(fā)展的最最重要因因素之一一。4A3205A320駕駛艙6波音777--200L7波音777--200L駕駛艙8波音747電子艙9機(jī)載電子子設(shè)備的的作用機(jī)載電子子設(shè)備最最重要的的功能之之一是當(dāng)當(dāng)駕駛員的的感官（如直接接目視）），因?yàn)闉橐归g或或雨、雪雪和霧這這些能見見度不佳佳或?yàn)榱懔愣プ饔糜脮r(shí)，能夠夠?yàn)轳{駛員員提供數(shù)數(shù)據(jù)。沒(méi)有先進(jìn)進(jìn)的機(jī)載載電子設(shè)設(shè)備，就就沒(méi)有先先進(jìn)的飛飛機(jī)，就就無(wú)法實(shí)實(shí)現(xiàn)安全全、可靠靠、舒適適、低成成本和高高密度的的民用飛飛機(jī)飛行行，也無(wú)無(wú)法完成成現(xiàn)代戰(zhàn)戰(zhàn)爭(zhēng)所賦賦予的軍軍用飛機(jī)機(jī)的使命命。10機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（1）1910年，飛機(jī)機(jī)上開始始使用無(wú)線電臺(tái)臺(tái)與地面通通信，電電子設(shè)備備的應(yīng)用用首次計(jì)計(jì)入航空空史冊(cè)。。1914年，出現(xiàn)現(xiàn)以陀螺儀為基礎(chǔ)的的控制系系統(tǒng)，它它可以在在沒(méi)有駕駕駛員干干預(yù)的情情況下使使飛機(jī)保保持平飛飛。1918年，陀螺磁羅羅盤問(wèn)世。11BeckerVHF機(jī)載無(wú)線線電收發(fā)發(fā)機(jī)12陀螺（定定軸性））13機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（2）至第一次次世界大大戰(zhàn)，航航空儀表表主要包包括：直直讀式發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速表，，潤(rùn)滑油油溫度和和壓力表表，空速速表，高高度表和和羅盤。。但這些些儀表都都不含電子子元件。第一次世世界大戰(zhàn)戰(zhàn)中，德德國(guó)人利用無(wú)線線電進(jìn)行行飛機(jī)途途中定位位，方法是是飛機(jī)向向多個(gè)地地面無(wú)線線電臺(tái)發(fā)發(fā)射無(wú)線線電信號(hào)號(hào)，這些些電臺(tái)用用三角法（測(cè)向））測(cè)出飛飛機(jī)位置置后，將將位置信信息發(fā)給給駕駛員員。14利用無(wú)線線電進(jìn)行行飛機(jī)定定位位置未知知位置已知知位置已知知位置已知知位置線位置線位置線15機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（3）1920年代，美美國(guó)人發(fā)發(fā)明無(wú)線電航航向信標(biāo)標(biāo)導(dǎo)航系系統(tǒng)，地面導(dǎo)航航臺(tái)信標(biāo)標(biāo)用呈十字字形的4條無(wú)線電電波束標(biāo)標(biāo)定機(jī)場(chǎng)場(chǎng)位置，，這些波波束用摩爾斯碼碼識(shí)別是A和N。駕駛員員通過(guò)這這套系統(tǒng)統(tǒng)找到波波束的中中心線，，方法是是通過(guò)耳耳機(jī)監(jiān)聽聽導(dǎo)航臺(tái)臺(tái)的信號(hào)號(hào)并操縱縱飛機(jī)直直到這些些字母在在耳機(jī)中中的聲音音強(qiáng)度相等等。16簡(jiǎn)單的無(wú)無(wú)線電導(dǎo)導(dǎo)航17機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（4）1930年代，飛飛機(jī)成為為一種運(yùn)運(yùn)輸工具具，由于于尺寸變變大、設(shè)設(shè)備日趨趨復(fù)雜，，并要求求晝夜進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)距距離飛行行，它們們開始給給駕駛員員帶來(lái)體體力和精精神上的的極度疲疲勞，美美國(guó)人開開始在民民航飛機(jī)機(jī)上使用用自動(dòng)駕駛駛儀，以減輕輕駕駛員員的負(fù)擔(dān)擔(dān)。自動(dòng)駕駛駛儀向駕駕駛員提提供現(xiàn)在在“發(fā)生了什什么”以及“怎樣去做做”。根據(jù)選選定的工工作方式式，自動(dòng)動(dòng)計(jì)算操操縱指令令，指引駕駛駛員操縱縱飛機(jī)，使飛機(jī)機(jī)進(jìn)入給給定軌跡跡并保持持。18自動(dòng)駕駛駛顯示19機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（5）同期，英英國(guó)人基基于電磁磁波傳送送出去遇遇到障礙礙向回反反射的物物理現(xiàn)象象發(fā)明雷達(dá)。Radar==radiodetectingandranging（無(wú)線電電探測(cè)及及測(cè)距））雷達(dá)在第第二次世世界大戰(zhàn)戰(zhàn)中發(fā)揮揮了重要要作用。。另一項(xiàng)項(xiàng)共生技技術(shù)，即即信號(hào)處理理，也隨之之得到發(fā)發(fā)展，由由于雷達(dá)達(dá)原始回回波中包包含大量量有潛在在價(jià)值的的信息。。并引發(fā)反反雷達(dá)技技術(shù)（如如隱形飛飛機(jī)）的的出現(xiàn)，，即電子對(duì)抗抗。20空中監(jiān)視視雷達(dá)21空中監(jiān)視視雷達(dá)的的收發(fā)設(shè)設(shè)備22機(jī)載探測(cè)測(cè)雷達(dá)（（位于機(jī)機(jī)身下方方）23機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（6）同期，陰極射線線管顯示示器出現(xiàn)在駕駕駛艙，，由于新新的導(dǎo)航航和目標(biāo)標(biāo)探測(cè)設(shè)設(shè)備產(chǎn)產(chǎn)生大量信息息（使儀表板上上的儀表表指示不不斷膨脹脹以致無(wú)無(wú)法容納納，駕駛駛員負(fù)擔(dān)擔(dān)過(guò)重），這些些信息需需要盡可能詳詳細(xì)地提取出出來(lái)并以方便的的方式呈現(xiàn)給機(jī)機(jī)組人員員。24機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（7）1950年，美國(guó)國(guó)研制出出第一部部慣性導(dǎo)航航系統(tǒng)：一種將將陀螺儀儀和靈敏敏的加速速度計(jì)結(jié)結(jié)合在一一起的新新的導(dǎo)航航方法。。由此，，開創(chuàng)了了自主式導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)時(shí)代。慣性導(dǎo)航航系統(tǒng)（（INS）是一種種不依賴賴于任何何外部信信息、也也不向外部部輻射能能量的自主式式導(dǎo)航系系統(tǒng)，具具有很好好的隱蔽蔽性。。25平臺(tái)慣導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)的的組件加速度計(jì)陀螺基座俯仰環(huán)軸橫滾環(huán)軸方位環(huán)軸26機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（8）與慣性導(dǎo)導(dǎo)航幾乎乎同時(shí)發(fā)發(fā)展起來(lái)來(lái)的另一一種自主主導(dǎo)航設(shè)設(shè)備（不依賴地地面助航航設(shè)備而獨(dú)立工工作）是是多普勒導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)。這是一一種通過(guò)過(guò)測(cè)量地地速及偏偏航角實(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航航的系統(tǒng)統(tǒng)。飛機(jī)通過(guò)過(guò)具有三三維穩(wěn)定定控制作作用的天天線向下下發(fā)射幾幾條狹窄窄的電磁磁能量波波束，以以照射地地面上幾幾個(gè)很小小的面積積，并由由此收到到從地面面反射的的部分發(fā)發(fā)射能量量并加以以處理以以確定多普普勒頻移移。27多普勒導(dǎo)導(dǎo)航原理理28機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（9）1970年代，美美國(guó)開始始建立基于衛(wèi)星星的導(dǎo)航航系統(tǒng)，于1973年啟動(dòng)GPS（全球定定位系統(tǒng)統(tǒng)）計(jì)劃劃，于1993年建成GPS系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航航系統(tǒng)是是將導(dǎo)航航臺(tái)設(shè)置置在人造地球球衛(wèi)星上的導(dǎo)航航系統(tǒng)。。由于衛(wèi)衛(wèi)星離地地高度很很高，其其輻射的的無(wú)線電電波覆蓋蓋區(qū)域大大，只要要一定數(shù)數(shù)量的導(dǎo)導(dǎo)航衛(wèi)星星，即可可為全球球提供不不受天氣氣/時(shí)間變化化影響的的導(dǎo)航服服務(wù)。29GPSBlockII衛(wèi)星30GPS衛(wèi)星星座座（示意意圖）31機(jī)載電子子設(shè)備發(fā)發(fā)展回顧顧（10）GPS基于無(wú)源偽距距測(cè)距原理，利利用4顆衛(wèi)星實(shí)實(shí)現(xiàn)距離離（偽距距）測(cè)量量，即確確定用戶戶位置。。32GPS導(dǎo)航基本本原理測(cè)量距離接收機(jī)時(shí)鐘偏差位置及時(shí)間33機(jī)載電子子設(shè)備分分類機(jī)載電子子設(shè)備主主要可分分為航空空儀表、、航空無(wú)無(wú)線電系系統(tǒng)兩大大部份。。航空儀表表：測(cè)量量（或計(jì)計(jì)算）飛飛機(jī)在飛飛行狀態(tài)態(tài)下的飛飛行參數(shù)數(shù)以及發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)和和其它設(shè)設(shè)備的工工作狀態(tài)態(tài)參數(shù)的的設(shè)備。。航空無(wú)線線電系統(tǒng)統(tǒng)：用以以飛機(jī)通通訊和無(wú)無(wú)線電導(dǎo)導(dǎo)航的無(wú)無(wú)線電電電子設(shè)備備。34航空儀表表作用為飛行員員提供駕駕駛飛機(jī)機(jī)用的各各種目視視數(shù)據(jù)；；為機(jī)載導(dǎo)導(dǎo)航設(shè)備備提供有有關(guān)的導(dǎo)導(dǎo)航輸入入數(shù)據(jù)；；為機(jī)載記記錄設(shè)備備提供有有關(guān)的記記錄數(shù)據(jù)據(jù)；為自動(dòng)飛飛行控制制系統(tǒng)提提供有關(guān)關(guān)的數(shù)據(jù)據(jù)。35航空儀表表發(fā)展過(guò)過(guò)程機(jī)械儀表表階段：傳感器器與指示示器間的的信號(hào)傳傳輸是通通過(guò)機(jī)械械結(jié)構(gòu)實(shí)實(shí)現(xiàn)；優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、工作作可靠、、成本低低廉；缺缺點(diǎn)是靈靈敏度低低，指示示誤差大大，信號(hào)號(hào)能量小??；電氣儀表表階段：傳感器器與指示示器間的的信號(hào)傳傳輸通過(guò)過(guò)電氣傳傳輸；優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是提提高測(cè)量量精度、、儀表的的反應(yīng)速速度和傳傳輸距離離等；缺缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜、、重量增增加、可可靠性降降低。36機(jī)電式伺伺服儀表表階段：：采用具有有反饋功功能的自自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)小功率率伺服系系統(tǒng)儀表表，提高高儀表的的靈敏度度和精度度，有利利于儀表表的綜合合化和自自動(dòng)化；；綜合指示示儀表階階段：把功能相相同或相相關(guān)的指指示儀表表有機(jī)地地結(jié)合，，形成統(tǒng)統(tǒng)一指示示的綜合合儀表，，已成為為發(fā)展趨趨勢(shì)；電子顯示示儀表階階段：進(jìn)一步向向綜合化化、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化和多多功能化化，出現(xiàn)現(xiàn)高度綜綜合又相相互補(bǔ)充充、交換換顯示的的綜合電電子顯示示系列，，初步實(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)機(jī)對(duì)話。。航空儀表表發(fā)展過(guò)過(guò)程37發(fā)展階段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)機(jī)械儀表傳感器和指示器組裝在一起結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(méi)有組裝在一起，以電氣傳輸代替機(jī)械傳動(dòng)反映速度快、準(zhǔn)確程度高、傳輸距離遠(yuǎn)，儀表板體積縮小儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件增多、重量增加、可靠性降低機(jī)電式伺服儀表采用具有反饋功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)小功率伺服系統(tǒng)儀表信號(hào)能量放大，提高指示精度和負(fù)載能力綜合指示儀表把功能相同或相關(guān)的指示儀表有機(jī)地結(jié)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(jìn)一步向綜合化、標(biāo)準(zhǔn)化和多功能化，出現(xiàn)高度綜合又相互補(bǔ)充、交換顯示的綜合電子顯示系列，38航空儀表表分類按功用分分：飛行行儀表、、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)儀表和和其它設(shè)設(shè)備儀表表(導(dǎo)航儀表表、系統(tǒng)統(tǒng)狀態(tài)儀儀表)。按原理分分：測(cè)量量?jī)x表、、計(jì)算儀儀表、調(diào)調(diào)節(jié)儀表表。39航空儀表表分類測(cè)量?jī)x表表：用來(lái)來(lái)測(cè)量飛飛機(jī)的各各種運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)，，這些儀儀表的特特點(diǎn)是需需測(cè)量的的參量可可直接或或間接測(cè)測(cè)量獲得得；計(jì)算儀表表：指飛飛機(jī)上的的一些導(dǎo)導(dǎo)航或系系統(tǒng)性能能方面的的計(jì)算儀儀表，其其特點(diǎn)是是通過(guò)一一個(gè)或幾幾個(gè)參數(shù)數(shù)計(jì)算判判斷方能能得到參參數(shù)；調(diào)節(jié)儀表表：是指指機(jī)上屬屬于儀表表專業(yè)人人員維護(hù)護(hù)范圍的的一些自自動(dòng)化控控制系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備。。40航空儀表表基本結(jié)結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x表表的基本本結(jié)構(gòu)敏感元