数字航空电子技术 航空电子元件、软件、功能件PDF电子书下载

第1章 SAE AS 15531/MIL-STD-1553B数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线 1

1.1 引言 1

1.1.1 发展的背景 1

1.1.2 历史和应用概况 2

1.2 MIL-STD-1553B标准 3

1.2.1 硬件单元 4

1.3　协议 9

1.3.1 字的类型 9

1.3.2　消息格式、确认和定时 13

1.3.3　方式码 18

1.4　系统级的问题 23

1.4.1　子地址的使用 23

1.4.2　数据环绕 24

1.4.3　数据缓冲 24

1.4.4 可变消息块 24

1.4.5　样本的一致性 25

1.4.6　数据确认 25

1.4.7　主帧和子帧定时 25

1.4.8　错误处理 26

1.5　测试 26

第2章　ARINC 429 Mark 33数字信息传输系统 28

2.1 引言 28

2.2　ARINC 419 28

2.3　ARINC 429 28

2.3.1 概述 28

2.3.2　历史 29

2.3.3　设计基本原理 30

2.4　消息和字的格式 33

2.4.1　信息流方向 33

2.4.2　信息要素 33

2.4.3　信息识别符 33

2.4.4 源／目标识别符（SDI） 34

2.4.5 符号／状态矩阵 35

2.4.6　数据标准 38

2.5　定时有关的各要素 38

2.5.1　位速率 38

2.5.2　信息速率 39

2.5.3　计时方法 39

2.5.4　字同步 39

2.5.5　定时容差 39

2.6　通信协议 40

2.6.1　文件数据传输的发展概况 40

2.6.2　面向位的通信协议 41

2.7　应用 44

2.7.1　最初的应用 44

2.7.2　控制方法的发展 44

2.7.3　经久不衰的ARINC 429 44

2.8　ARINC 453 44

第3章　商用标准数字总线 46

3.1 引言 46

3.2　总线结构 46

3.3　总线基本工作方式 47

3.4　CSDB总线能力 48

3.5　CSDB的错误检测和纠正 48

3.6　总线的用户监测 48

3.7　综合事项 49

3.7.1 物理综合 49

3.7.2　逻辑综合 50

3.7.3　软件综合 50

3.7.4　功能综合 51

3.8　总线综合的指导方针 51

3.9　总线测试 52

3.10　CSDB在飞机上的应用举例 52

第4章　时间触发协议总线 56

4.1 引言 56

4.2　历史与应用 56

4.3　TTP及TTA 57

4.4　TTP基本原理 58

4.4.1　时间触发通信原理 58

4.4.2　数据帧格式 59

4.4.3 TTP的外场可更换单元（LRU） 59

4.4.4　可配置的表格驱动通信系统 60

4.4.5　全局时间基准 60

4.4.6 基于TTP的LRU作故障封锁区 61

4.4.7　实时健康监测与余度管理 62

4.5　TTP通信协议层的分层 62

4.5.1　物理层 62

4.5.2　数据链路层 63

4.5.3　协议层 64

4.5.4　容错层 70

4.5.5　应用层 71

4.6　使用TTP的系统综合 74

4.6.1　互操作性 74

4.6.2　可构成性 75

4.6.3　综合和合作开发 76

4.7　模块化和规模可变性 78

4.7.1 TTP和DO-297/ED-124 IMA指南 78

4.7.2　平台部件和模块 78

4.7.3　应用软件的再使用 80

4.8　小结 80

4.8.1　飞机结构和TTP总线 80

4.8.2　未来的展望 81

第5章　头部安装显示器 86

5.1 引言 86

5.2　什么是头盔显示器（HMD） 88

5.2.1 HMD的图像源 89

5.2.2　光学设计 92

5.2.3　头部装置 93

5.3　HMD——视觉耦合系统的一部分 96

5.4　HMD系统设计的考虑因素和折中处理 97

5.4.1 目镜问题 97

5.4.2　视场与分辨率 98

5.4.3　高亮度环境下的亮度和对比度 100

5.5　结束语 102

第6章　视网膜扫描显示器 108

6.1 引言 108

6.2　航空电子用HMD面临的挑战 109

6.3　CRT和MFP 109

6.4　激光的优点和视力安全 110

6.5　可用的光源和功率要求 110

6.6　微视公司的激光扫描RSD的原理 111

6.6.1 管理机构对RSD HMD基本原理的检验 112

6.6.2 改进RSD图像质量 113

6.7　下一步发展工作 113

第7章　平视显示器 116

7.1 引言 116

7.2　HUD基本原理 117

7.2.1　光学构造 118

7.2.2　重要的光学特性 121

7.2.3 HUD机械安装 124

7.2.4 HUD系统硬件 125

7.2.5 HUD认证工作 131

7.3　应用及实例 132

7.3.1　显示字符组和显示模式 132

7.3.2　AⅢ类进近模式 135

7.3.3　模式选择和数据输入 136

7.3.4　HUD的引导命令 138

7.3.5　HUD技术的新近进展 139

第8章　夜视镜 141

8.1 引言 141

8.1.1 航空电子设备的一个成员——夜视镜 141

8.1.2　什么是NVIS 141

8.1.3　NVIS在航空中的应用历史 142

8.2　基本原理 144

8.2.1　工作原理 144

8.2.2　夜间景象的图像增强（Ⅰ2）器 145

8.2.3　NVIS只能在兼容照明条件下工作 145

8.2.4　图像增强（Ⅰ2）设备在飞机上的使用 148

8.3　应用及实例 149

8.3.1 第三代NVG和AN/AVS-6型ANVIS 149

8.3.2 第二代NVG和AN/PVS-5型NVG 150

8.3.3 “猫眼”夜视镜 151

8.3.4 NVG HUD 151

8.3.5 ANVIS HUD 152

8.3.6 PNVG 152

8.3.7 小活动剖面NVG（LPNVG） 152

8.3.8　综合系统 152

8.3.9 NVIS的测试与维护 153

8.3.10　照明设计考虑 153

8.3.11 滤色片／照明源的类型 154

8.3.12　飞机照明评估 157

8.3.13　测量设备 157

8.3.14 夜间照明——月相 158

8.3.15 NVIS在民航中的应用 158

第9章　语音识别与语音合成 163

9.1 引言 163

9.2　语音识别的工作原理：简单述评 163

9.2.1　语音识别器的类型 165

9.2.2　语音识别词汇 165

9.2.3　语音识别器的操作方式 166

9.2.4　减少错误的方法 166

9.3　语音识别的最新应用 168

9.4　语音识别在驾驶舱中的应用 169

9.4.1 导航功能 169

9.4.2　通信功能 170

9.4.3　检查表 170

第10章　人素工程及驾驶舱设计 174

10.1 引言 174

10.2　人素工程基本原理 174

10.2.1 人素工程 175

10.2.2　驾驶舱设计 177

10.2.3　评估 183

10.3　其他考虑因素 184

10.3.1　标准化 184

10.3.2　错误管理 186

10.3.3　训练／资质和操作程序的综合 187

第11章　合成视觉系统 190

11.1 引言 190

11.2　合成视觉技术发展背景 191

11.3　合成视觉技术的应用 192

11.4　合成视觉系统的基本原理 193

11.5　合成视觉系统面临的挑战 194

11.5.1 怎样相信数据库是正确的 195

11.5.2　不在数据库中的障碍物和交通如何处理 195

11.6　结论 196

第12章　地形感知 198

12.1 引言 198

12.2　地形防撞告警的基本原理 198

12.3　操作模式 200

12.3.1　模式1——过大的下降率 201

12.3.2　模式2——过大的接近地形速率 201

12.3.3　模式3——起飞后掉高过大 202

12.3.4　模式4——基于飞机构型改变的不安全离地高度 204

12.3.5　模式5——低于ILS下滑道过多 204

12.3.6　模式6——多种语音呼叫和提示报告 205

12.3.7　模式7——风切变报警 207

12.3.8　包络调整 207

12.3.9　增强模式 207

12.4 EGPWS标准 209

第13章　蓄电池 211

13.1 引言 211

13.2　蓄电池一般工作原理 212

13.2.1 蓄电池原理 212

13.2.2 铅酸蓄电池 213

13.2.3 镍镉蓄电池 219

13.3　应用 225

13.3.1 民用飞机 225

13.3.2 军用飞机 226

第14章 航空电子应用软件标准接口：ARINC 653 236

14.1 引言 236

14.2　为什么要使用航空电子操作系统 236

14.3　为什么要开发操作系统接口 237

14.4　总的系统结构 237

14.5　软件分解 238

14.6　RTOS接口 239

14.7　应用软件 240

14.8　RTOS本体 241

14.9　健康监控软件的功能 241

14.10　结束语 242

第15章　Ada语言 244

15.1 引言 244

15.2　安全的语法 245

15.2.1 等于和赋值 245

15.2.2 语句群 247

15.2.3 指名记法 247

15.3　安全类型分类 249

15.3.1 使用各别的类型 249

15.3.2 枚举类型和整型 250

15.3.3 约束和子类型 251

15.3.4 数组和约束 252

15.4　安全的指针 254

15.4.1 访问类型和强类型 254

15.4.2 访问类型和可访问性 256

15.4.3　对子程序的引用 257

15.4.4 向下封闭 258

15.5　安全的架构 259

15.5.1 包规范和包体 260

15.5.2 私有类型 262

15.5.3 类属契约模型 264

15.5.4 子单元 265

15.5.5 互相依靠类型 265

15.6　安全的面向对象编程（OOP） 267

15.6.1 OOP与SP 267

15.6.2 重载指示器 271

15.6.3 无调度编程 271

15.6.4 接口和多继承 272

15.7　安全的对象构建 275

15.7.1 变量和常量 276

15.7.2 常量和变量视点 277

15.7.3 受限类型 277

15.7.4 受控类型 280

15.8　安全的并发 282

15.8.1 操作系统和任务 283

15.8.2 受保护对象 284

15.8.3 会合 287

15.8.4 雷文斯坎（Ravenscar） 288

15.8.5 定时和调度 289

15.9 更为安全的SPARK 290

15.9.1 契约 291

15.9.2 构造正确性 291

15.9.3 核心语言 293

15.9.4 工具支持 294

15.9.5 例子 295

15.9.6 结论 296

第16章　机载系统和设备软件的合格审定事项 298

16.1 引言 298

16.1.1 DO-178B与其他软件标准的比较 298

16.1.2 文件概述 299

16.1.3　作为系统一部分的软件 301

16.2　软件生存周期过程 302

16.2.1　软件计划过程 302

16.2.2　软件开发过程 303

16.3　完整性过程 303

16.3.1　软件验证 303

16.3.2　软件配置管理 305

16.3.3　软件质量保证 305

16.3.4　合格审定联络过程 305

16.4　其他考虑事项 306

16.4.1 以前开发的软件 306

16.4.2　工具鉴定 307

16.5 附加指导 307

16.6　小结 308

第17章　航空通信 310

17.1　空地通信 310

17.1.1 历史 310

17.1.2　无线电台介绍 310

17.1.3　数据通信介绍 311

17.1.4　ATC数据链介绍 311

17.2　话音通信 312

17.2.1 VHF话音 312

17.2.2　HF话音 314

17.2.3　话音通信发展 315

17.3　数据通信 315

17.3.1 ACARS概述 315

17.3.2 ACARS航空电子 316

17.3.3 ACARS管理单元 317

17.3.4　VHF子网络 317

17.3.5　卫星通信（Satcom） 318

17.3.6 高频数据链（HFDL） 319

17.3.7　VDL模式2 319

17.3.8　数据链的发展 319

17.4　小结 320

第18章　导航系统 322

18.1 引言 322

18.2　坐标系 322

18.3　导航种类 323

18.4　航位推算 324

18.5　无线电导航 326

18.6　天文导航 330

18.7　地图匹配导航 331

18.8　导航软件 331

18.9　设计权衡 332

第19章　导航与跟踪 334

19.1 引言 334

19.2　基本原理 335

19.3　各种应用 338

19.3.1 沿一条直线的位置和速度 339

19.3.2 在三维空间的位置和速度 341

19.3.3 被跟踪目标的位置、速度和加速度 342

19.3.4 三维空间中的位置、速度和姿态（INS辅助导航） 344

19.3.5 作为观察量的单独GPS测量 345

19.4　小结 346

第20章　飞行管理系统 348

20.1 引言 348

20.2　基本原理 349

20.2.1 导航 350

20.2.2 飞行计划 353

20.2.3 航迹预测 358

20.2.4 性能计算 365

20.2.5 制导 368

20.3　小结 374

第21章　空中交通告警与防撞系统 375

21.1 引言 375

21.2　组成部件 375

21.3　监视 376

21.4　受保护空域 377

21.5　防撞逻辑 378

21.6　座舱显示 380

第22章　飞行器健康管理系统 382

22.1 引言 382

22.2　综合飞行器健康管理（IVHM）定义 383

22.2.1　系统工程准则 383

22.2.2　分层方法 384

22.2.3　健康管理综合 385

22.3 VHM标准的发展 386

22.3.1 民用标准 386

22.3.2　军用标准 388

22.4　关键技术 389

22.4.1　成员系统概念 389

22.4.2　诊断 389

22.4.3　故障预测 396

22.4.4　智能推理机 396

22.5　先进的IVHM系统举例 398

22.5.1　霍尼韦尔公司的Primus Epic飞机诊断维护系统 398

22.5.2　洛克希德·马丁公司的联合攻击机（JSF）维护系统 399

22.5.3　霍尼韦尔公司的直升机健康与使用状况监测系统 400

22.6　IVHM未来的发展趋势 400

22.6.1　波音787飞机的机组信息系统／维护系统 401

22.6.2　霍尼韦尔公司的感知和响应项目 402

22.6.3　NASA的综合智能飞行器管理 403

22.7　小结 404

第23章　波音777飞机电传飞行控制 408

23.1 引言 408

23.2　系统概述 408

23.3　设计方法 409

23.4　系统结构 410

23.4.1　驾驶舱控制 410

23.4.2　系统的电子设备 410

23.4.3　ARINC 629数据总线 411

23.4.4　与飞机上其他系统的接口 411

23.4.5 电源 412

23.5　操纵面传动控制 413

23.5.1 电传操作的传动 413

23.5.2　机械控制 413

23.6　容错 414

23.7　系统运行模式 416

23.8　控制律及系统功能能力 416

23.8.1　俯仰控制 416

23.8.2　偏航控制 417

23.8.3　侧滚控制 418

23.8.4　波音757飞机测试平台 418

23.8.5　消除作动器加力飞行 418

23.9　主飞行控制系统显示及通告 419

23.10　系统维护 419

23.10.1 中央维护计算机 419

23.10.2　外场可更换单元 419

23.10.3　组件调整 420

23.11　小结 420

第24章 电子飞行控制：从A320/330/340飞机到未来的军用运输飞机——容错系统系列 422

24.1 引言 422

24.2　电传操纵的原理 423

24.3　系统主要特点 426

24.3.1　计算机配置 426

24.4　故障检测和重构 428

24.4.1　飞行控制律 428

24.4.2　作动器控制和监视器 429

24.4.3　比较和鲁棒性 429

24.4.4　潜在的故障 429

24.4.5　重构 429

24.4.6　系统安全评估 429

24.4.7　警告和注意 430

24.5　A340飞机电传系统特殊之处 430

24.5.1 系统 430

24.5.2　控制律 430

24.6　设计、开发和确认过程 431

24.6.1 电传操纵系统认证背景 431

24.6.2　从A320飞机电传系统取得的经验 432

24.6.3　从A340飞机电传系统取得的经验 433

24.7　未来发展趋势 435