《民航飞机电子系统》针对仪表、通信、导航、监视、飞行控制、飞行管理和显示等系统，详细阐述了现代民航飞机在执行飞行任务中发挥重要作用的七大电子系统的概念、原理、组成及特点等。
《民航飞机电子系统》共8章，内容包括：绪论，民航机载传感器及仪表系统，无线电通信系统，导航系统，监视系统，自动飞行控制系统，飞行管理系统，指示/显示系统。
丛书序
前言
第1章绪论1
1.1民航飞机电子系统概述1
1.1.1传感器及仪表系统1
1.1.2无线电通信系统2
1.1.3导航系统2
1.1.4监视系统4
1.1.5自动飞行控制系统5
1.1.6飞行管理系统5
1.1.7显示系统5
1.2民航飞机电子系统的发展历程6
1.2.1仪表系统的发展历程6
1.2.2无线电通信系统的发展进程8
1.2.3导航系统的发展历程8
1.2.4监视系统的发展历程9
1.2.5飞行控制系统的发展历程9
1.2.6飞行管理系统的发展历程10
1.2.7显示系统的发展历程10
1.3民航飞机电子系统发展的驱动力10
1.4民航飞机电子系统的发展趋势12
第2章民航机载传感器及仪表系统13
2.1民航机载传感器13
2.1.1压力及压力传感器13
2.1.2温度及温度传感器15
2.1.3转速传感器17
2.1.4物位传感器20
2.1.5流量及流量传感器21
2.1.6速度传感器23
2.1.7加速度计24
2.1.8陀螺仪27
2.2发动机仪表系统35
2.2.1压力的测量35
2.2.2温度的测量38
2.2.3转速的测量42
2.2.4油量的测量44
2.2.5流量的测量47
2.2.6振动的测量47
2.3大气数据系统50
2.3.1大气数据系统基础50
2.3.2气压高度的测量53
2.3.3升降速度的测量57
2.3.4空速的测量59
2.3.5马赫数的测量65
2.3.6大气数据计算机系统66
2.4姿态仪表系统68
2.4.1航空地平仪68
2.4.2转弯侧滑仪73
2.5航向仪表系统77
2.5.1概述78
2.5.2磁罗盘81
2.5.3陀螺罗盘83
2.5.4陀螺磁罗盘87
第3章无线电通信系统94
3.1无线电基础知识94
3.1.1无线电波的传播95
3.1.2在不均匀媒质中的电波的传播97
3.1.3无线电波的传播方式98
3.1.4各波段电波的传播特点99
3.2无线电通信基础101
3.2.1通信的基本概念101
3.2.2调制102
3.2.3调幅发射与接收设备106
3.3高频通信系统110
3.3.1HF通信系统的组成110
3.3.2HF COMM工作说明113
3.4甚高频通信系统113
3.4.1概述113
3.4.2VHF COMM的组成114
3.4.3甚高频系统的工作说明115
3.5选择呼叫系统116
3.6飞机通信与寻址报告系统（ACARS）117
3.6.1数据链117
3.6.2ACARS 117
第4章导航系统123
4.1概述123
4.1.1导航的定义与作用123
4.1.2导航的基本功能123
4.1.3导航基础知识124
4.1.4无线电导航系统的要求128
4.2惯性导航系统129
4.2.1概述129
4.2.2惯性导航系统的基本原理131
4.2.3平台式惯性导航系统134
4.2.4捷联式惯性导航系统140
4.2.5大气数据惯性基准系统141
4.3陆基无线电导航系统143
4.3.1位置线和导航定位方法144
4.3.2自动定向机146
4.3.3甚高频全向信标系统（VOR）150
4.3.4仪表着陆系统157
4.3.5低高度无线电高度表（LRRA）163
4.3.6测距系统（DME）166
4.4卫星导航系统170
4.4.1全球卫星定位系统170
4.4.2北斗导航定位系统175
第5章监视系统178
5.1民航监视系统概述178
5.1.1监视设施178
5.1.2空管监视手段和实施方法179
5.2雷达179
5.2.1雷达概述179
5.2.2雷达的工作原理180
5.2.3民航一次雷达182
5.2.4民航二次雷达186
5.2.5S模式二次雷达194
5.3自动相关监视系统199
5.3.1合约式自动相关监视（ADSC）200
5.3.2广播式自动相关监视（ADSB）203
5.3.3两种自动相关监视特性的比较205
第6章自动飞行控制系统206
6.1飞行控制系统206
6.1.1飞行控制系统的概述206
6.1.2飞行控制系统的分类206
6.2自动飞行控制系统207
6.2.1自动飞行控制系统的组成及作用207
6.2.2飞行控制计算机（FCC）210
6.2.3方式控制面板210
6.2.4自动飞行控制系统的基本回路212
6.3自动驾驶仪（A/P）214
6.3.1自动驾驶仪的功用214
6.3.2自动驾驶仪的组成214
6.3.3自动驾驶仪的控制原理214
6.3.4自动驾驶仪的常见工作方式217
6.4飞行指引仪（F/D）218
6.4.1概述218
6.4.2F/D的工作原理219
6.4.3F/D的工作方式220
6.5偏航阻尼系统221
6.5.1偏航阻尼系统的功用221
6.5.2荷兰滚原理221
6.5.3偏航阻尼系统组成222
6.6俯仰配平系统225
6.6.1安定面配平的功用225
6.6.2俯仰配平系统的组成和工作原理226
6.7自动油门系统228
6.7.1自动油门系统的功用及工作方式228
6.7.2自动油门系统的组成229
6.7.3自动油门系统在整个飞行过程中的工作情况232
第7章飞行管理系统234
7.1飞行管理系统概述234
7.2飞行管理计算机系统（FMCS）237
7.2.1飞行管理计算机237
7.2.2控制显示组件CDU241
7.3FMCS与其他系统的交连244
7.3.1输入部分245
7.3.2输出部分247
7.4FMS的功能248
7.4.1导航功能248
7.4.2性能计算249
7.4.3制导功能250
7.4.4显示功能250
第8章指示/显示系统252
8.1机电仪表驾驶舱向玻璃座舱演化过程253
8.1.1机电仪表驾驶舱253
8.1.2玻璃座舱254
8.2显示系统的组成258
8.3发动机指示和机组警告系统259
8.3.1EICAS的组成259
8.3.2EICAS的显示263
8.3.3EICAS计算机的结构和功能270
8.4飞机电子中央监控系统271
8.4.1ECAM系统的功用及组成271
8.4.2ECAM的控制272
8.4.3ECAM的显示273
8.4.4ECAM的警告等级及故障分类275
8.5电子飞行仪表系统(EFIS)275
8.5.1EFIS的结构275
8.5.2EFIS的控制277
8.5.3EFIS的显示279
附录缩略词表288
参考文献292
第1章绪论
1.1民航飞机电子系统概述
本书中，“民航飞机电子系统”是指飞机上所有依赖电子技术工作的系统。这些系统是民用飞机的重要组成部分，是飞行员获取飞行、导航及控制信息，支持飞机安全飞行的关键系统，在保障飞机性能和实现飞行更安全、更舒适、更环保、更高效和更经济方面发挥着日益重要的决定性作用。
本书的目的是让读者对民用航空电子技术有一个清晰而全面的认识。航空电子在科学研究领域可以认为是一门学科，在应用技术领域可以认为是有特定用途的设备或系统。这些设备或系统涉及数据显示、飞机的导航、通信、飞行控制以及飞机飞行航迹的自动控制，它还控制飞机上的许多管理功能：燃油、液压、环境和其他对飞机安全飞行和机上乘客舒适性至关重要的系统。根据现代飞机电子系统在执行飞行任务中的作用，可以将民航飞机的电子系统表示成以飞行管理计算机系统为核心的七大子系统。图1.1所示交联它们之间的结构图以及交联关系。
图1.1民航飞机七大电子系统
1.1.1传感器及仪表系统
在飞机上，要实现对各类参数（如发动机状态参数、飞行参数及其他系统状态参数）的检测与控制，首先需要把这些参数转换成便于传送的信息，这就需要用到传感器。传感器是能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件（或感受元件）和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（通常为电信号）。如将传感器与指示器或显示器组合在一起，直接将测量结果指示或显示出来，就构成仪表。若将传感器作为其他机载系统的一个子系统或输入环节，那么它与其他装置就组成一个检测系统或调节系统。
飞机上需要测得参数比较多，涉及的传感器及其构成的仪表也很多，主要有发动机仪表系统、大气数据系统、姿态仪表系统和航向仪表系统。
1.发动机仪表系统
发动机是飞机的动力装置，为了实现对发动机工作状态的全面了解和控制，需要使用各种传感器对发动机的状态参数进行测量，如压力传感器测量发动机燃油压力、滑油压力，温度传感器测量滑油温度、喷气温度等，转速传感器测量发动机的转速等。测得的发动机状态参数经过转换和处理装置送到相应的指示或显示装置，便于飞行员在飞行过程中对发动机状态进行监控。
2.大气数据系统
准确提供飞行控制和导航所必需的大气数据参量，如高度、指示空速、真空速、升降速度、马赫数以及迎角等信息。系统通过高精度的传感器测量得到静压、全压、总温等，并经过相应的转换和处理系统得到大气数据参量。依据转换和处理方式的不同，可分为机械式大气数据系统和电动式大气数据系统。
3.姿态仪表系统
飞机的姿态信息是飞行所必需的，特别是在云中、夜间等低能见度的条件下执行飞行任务时尤为重要。许多机载电子系统，如自动驾驶仪和导航系统都需要精确的姿态信息。姿态仪表系统利用陀螺仪测量飞机的俯仰角和倾斜角，并向飞行人员指示驾驶所需要的倾斜角、俯仰角。尽管在20世纪70年代出现了惯性传感器系统，但现代飞机上仍有备用的地平仪。
4.航向仪表系统
航向是飞行中的一个重要导航信息。航向仪表系统利用各种仪表罗盘和无线电罗盘测量飞机的航向或方位角，同时也为其他机载电子系统提供各种航向基准和航向误差信号。
1.1.2无线电通信系统
通信系统在飞机完成飞行任务的过程中发挥着重要作用，地面基站与飞机之间以及飞机与飞机之间可靠的双向通信是必不可少的。在1909年飞机上就已安装了无线电发射和接收装置，这是第一代机载电子装备。现代飞机上的无线电通信装置非常复杂，并且包含了多个工作频率波段。如用于近程通信的飞机无线电甚高频通信系统（VHF，工作频段为118.000～135.975MHz），用于远程通信的飞机无线电高频通信系统（HF，工作频段为2～30MHz）。现代民航除了语音通信外，还有数据通信，航空公司越来越依赖于向飞行中的飞机提供信息和接收飞机信息。从1978年起航空公司开始应用VHF数据链(VDL)，到现在地空数据链已成为航空公司运营的主要技术手段。VHF数据链、HF数据链(HFDL)、卫星数据链应运而生。ICAO已经为卫星通信、VDL和HFDL空地子网络制定了十分详细的ICAOSARP文件。
1.1.3导航系统
导航是一种为运载体航行时提供连续、安全和可靠服务的技术。顾名思义，它的基本作用是引导飞机、车辆等运载体及个人，安全准确地沿着所选定的路线，准时地到达目的地。
导航由导航系统完成。任何导航系统中都包括有装在运载体上的设备，飞行员或自动驾驶仪根据导航设备的仪表指示或输出的信号，在任何环境中，操纵运载体正确地向目的地前进。这种指示或信号的内容称为导航信息。如果装在运载体上的设备可单独产生导航信息，便称它为自主式或自备式导航系统。如果除了装在运载体上的导航设备之外，还需有设在其他地方的一套设备与之配合工作，才能产生导航信息，则称为非自主式或它备式导航系统，其中，装在运载体上的设备称为机载、车载导航设备，而设在其他地方的设备称为导航台，导航台与所有运载体上的导航设备用无线电波相联系。运载体进入导航台所发射电磁波的覆盖范围后，它的导航设备便能输出导航信息。导航台一般不输出导航信息，它一般设在陆地上，因此称为陆基无线电导航系统。20世纪90年代出现的是把导航台设在人造地球卫星上，称为卫星导航系统。陆基无线电导航系统和卫星导航系统又总称为无线电导航系统。
1.自主式导航系统
自主式导航系统不需要依靠外界任何信息即可完成自动导航功能，惯性导航系统就属于这种系统。根据惯性导航的原理，它也属于航位推算(DR)导航系统，即由一个已知的起始位置通过测得的飞机速度以及航向等来估算飞机的飞行距离。惯性导航系统精度很高，自20世纪70年代以来，在民航飞机上获得了广泛的应用。由于航位推算导航系统存在时间累积误差，因此需要适时修正其定位误差，并通过定位系统提供的位置信息对系统进行更新修正。
2.无线电导航系统
无线电导航是借助于运载体上的导航设备接收和处理无线电波来获得导航参量的一种导航。能够完成全部或部分无线电导航功能的装置称为无线电导航系统。19世纪末发明无线电之后，最初的应用大致有两种方式。一种是借助于各种信号调制，远距离地传送话音或电报信息，这种应用一直发展形成了今天的通信、广播、电视和遥控、遥测等技术。另一种应用方式则还要借助无线电波传播的定向性和恒速性，为运载体提供与位置和时间有关的信息，这就是无线电导航的肇始。
20世纪20年代末期出现，30～40年代在世界主要区域普及的陆基无线电导航主要是无线电信标、指点信标和四航道信标，前两者起源于欧洲，现在还在为航空和航海服务。四航道信标只在美国推广，40年代起已经逐渐停止使用。1941年出现了仪表着陆系统(ILS)，1948年，ICAO决定采用伏尔（VOR）作为国际民用航空的标准航路导航系统。1956年研制成功的塔康（TACAN）用于为海军飞机提供相对于军舰的位置。民用航空为了给飞机提供二维定位信息，1959年决定直接采用TACAN的测距部分，形成测距器（DME）。DME地面台与VOR地面台装在一起，为民用飞机提供距离与方位信息。为了实现越洋飞行，20世纪40年代构思了双曲线导航方法，先后引入的双曲线系统分别是美国的罗兰.A，罗兰.C，奥米伽系统等。
20世纪90年代出现的卫星导航系统是以人造地球卫星作为导航台的星际导航系统，能为全球的陆、海、空、宇的各类运载体和其他用户，提供全天候、不间断、高精度、实时的三维位置、速度和时间信息。目前应用最广泛的是美国的全球卫星定位系统（GPS）。它的精度很高，自1989年全面投入使用后，为机载导航系统带来了革命性的进步。其他的卫星导航系统还有欧洲的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗导航系统。
1.1.4监视系统
监视就是通过一些监视设备或系统来掌握飞机的飞行动态，这在民航空中交通管制中尤为重要。常用的监视设备或系统有由一次雷达和二次雷达构成的雷达系统和自动相关监视系统，此外还有用于周围环境监视的近地警告系统和交通警戒与防撞系统。
从监视的原理来说，就是要对飞机进行定位并跟踪，因此监视功能应包括导航定位功能与通信功能，即确定飞机的位置并能将相关信息传送到地面管制中心或通知机组。
1.雷达系统
雷达是应用的最早的监视设备，根据接收回波的方式可分为一次雷达（PrimarySurveillanceRadar，PSR）和二次雷达（SecondarySurveillanceRadar，SSR）系统。PSR由发射系统发射一束射频能量，然后接收其中由目标反射回来的一小部分能量以确定目标的方位和距离等信息，是一种“独立监视”方式。一般可分为航路监视雷达、机场监视雷达、精密进近雷达和气象雷达等系统。SSR是利用地面二次雷达发射询问信号，机载应答机发射应答信号进行工作的，这是一种要依靠用户应答或第三方传媒者的“协同监视”方式。目前的SSR应答机多为A/C模式，分别应答飞机的四位代码和气压高度值。随着飞行流量的增加，传统的SSR不能满足高性能自动化空管系统的要求，20世纪70年代，美国提出了离散寻址信标系统（DiscreteAddressBeaconSystem，DABS），它与现系统的本质区别在于具有选址询问功能。1981年ICAO通信专业会议上，决定采用此信标系统，并命名为S模式二次监视雷达信标系统。新系统将逐步取代现有的系统，以适应现代空管系统的需要。
2.自动相关监视系统
自动相关监视(AutomaticDependentSurveillance，ADS)是由被监视目标测定自身位置后，主动报告给监视者，使监视者掌握其当前位置和运行意图的监视方式，可以实现数据链管制。ICAO监视方案中的关键是发展ADS，这是一种将监视服务扩展到海洋空域、边远陆地区域和雷达覆盖不到地区的监视手段。根据工作模式，ADS分为合约式（AutomaticDependentSurveillance.Contract，ADS.C）或寻址式（AutomaticDependentSurveillance.Address，ADS.A)和广播式（AutomaticDependentSurveillance.Broadcast，ADS.B）两种。两种工作模式在可用数据链、数据更新周期、适用环境和功用等方面具有不同的特点，可根据需要进行选用。
3.周围环境监视系统
飞机在航路飞行时，如离地高度过小、下降速率过快、发生风切变警告，近地警告系统（GPWS）会以视觉和语音的形式提供告警（如“PULLUP，PULLUP”等），增强型近地警告系统（EGPWS）比GPWS功能更完备，它能提供“前视地形警告”功能和“前视地形显示”功能，在防止飞机可控飞行撞地方面发挥了很大的作用。
交通警戒和防撞系统（TCAS）或机载防撞系统（ACAS）可以提供空中冲突和规避导引。它探测并跟踪在本机一定范围内的其他飞机，根据本机获取的其他飞机的高度、速度、航向等信息，判断其是否会对本机构成威胁，并提供交通咨询和决断咨询信息，用视觉和语音警告飞行员，以防止碰撞。
这两大系统，都是机上飞行员通过机载电子系统自主监视本机与地面、本机与其他飞机之间是否存在危险，并进而改出，防止碰撞。这极大地改善了机组人员的态势感知能力。
1.1.5自动飞行控制系统
自动飞行控制系统可在无人参与的情况下自动控制飞机飞行的部分或全部运动参数。
在现代化大中型民航客机上，自动飞行控制系统通常包括：自动驾驶仪(A/P)、飞行指引仪(F/D)、偏航阻尼系统(Y/D)、俯仰配平系统及自动油门系统（A/T）等。
A/P通过自动地控制飞机飞行，减轻飞行员的工作负担，还可以在恶劣的气象条件下完成飞机的自动着陆；F/D主要在PFD或EADI上显示驾驶指令杆，以指导驾驶员人工驾驶飞机或监控飞机的姿态；偏航阻尼系统和俯仰配平系统结合在一起，称为增稳系统，改善飞机的稳定性，提高飞行安全和旅客乘机的舒适性，Y/D在飞机的整个飞行过程中，改善飞机的动态稳定性；俯仰配平系统
……
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