第1章 绪论 1
1.1 2003年以来的进步 1
1.2 波音公司方法和空客公司方法比较 1
1.3 本书内容概括 2
1.3.1 实现支持技术 3
1.3.2 航空电子系统功能 3
1.3.3 驾驶舱 4
1.4 附录 4
第2章 航空电子技术 5
2.1 引言 5
2.2 航空电子技术的发展 5
2.2.1 简介 5
2.2.2 技术发展 6
2.3 航空电子计算 8
2.3.1 航空电子计算机的特性 8
2.3.2 分辨率（数字化） 11
2.3.3 采样率（刷新率） 13
2.4 数字系统的输入和输出 16
2.4.1 简介 16
2.4.2 A／D转换过程 17
2.4.3 采样率 19
2.4.4 D／A转换 20
2.4.5 模拟信号调理 22
2.4.6 输入信号保护和滤波 23
2.4.7 模拟信号类型 24
2.5 二进制算术 25
2.5.1 二进制表示 25
2.5.2 二进制加法、减法、乘法和除法 27
2.5.3 算术逻辑单元 27
2.6 中央处理器 27
2.6.1 CPU指令格式 29
2.6.2 指令执行顺序 30
2.6.3 扩展的操作数寻址模式 35
2.7 软件 36
2.7.1 软件简介 36
2.7.2 汇编和编译 37
2.7.3 软件工程 38
2.7.4 软件设计流程保证 38
2.7.5 语言 41
2.7.6 面向对象的设计 41
2.7.7 自动代码生成 43
2.7.8 实时操作系统 44
2.8 微处理器 45
2.8.1 摩尔定律 45
2.8.2 微处理器在航空航天应用 46
2.8.3 CPU缓存 50
2.8.4 微控制器 50
2.8.5 摇摆定律 50
2.9 存储技术 51
2.9.1 航空电子期望的存储属性 51
2.9.2 实用存储技术 52
2.9.3 存储设备总结 55
2.9.4 存储器层次结构 55
2.10 专用集成电路 56
2.10.1 ASIC的主要类型 56
2.10.2 现场可编程门阵列 56
2.10.3 ASIC半定制标准单元设计 58
2.10.4 设计工具 59
2.10.5 RTCA-DO-254 59
2.11 集成电路 59
2.11.1 逻辑功能 59
2.11.2 MOS场效应晶体管 61
2.11.3 IC制造 61
2.12 集成电路封装 63
2.12.1 晶片探针和测试 63
2.12.2 晶片分离和模片固定 63
2.12.3 焊线 63
2.12.4 封装 64
参考文献 65
第3章 数据总线网络 66
3.1 简介 66
3.2 数据数据总线基础 67
3.2.1 数据总线概况 67
3.2.2 数据编码 68
3.2.3 特性 69
3.2.4 传输类型 70
3.2.5 拓扑结构 70
3.2.6 传输速率 71
3.3 传输协议 71
3.3.1 传输协议概述 71
3.3.2 时隙分配协议 73
3.3.3 指令／响应协议 74
3.3.4 令牌传递协议 74
3.3.5 竞争协议 74
3.4 ARINC 429总线 75
3.4.1 ARINC 429总线概况 75
3.4.2 ARINC 429体系结构实现 77
3.5 MIL-STD-1553B总线 78
3.5.1 MIL-STD-1553B总线概述 78
3.5.2 MIL-STD-1553B数据格式 79
3.5.3 总线控制器到远程终端传输协议 80
3.5.4 远程终端到总线控制器传输协议 81
3.5.5 远程终端到远程终端协议 81
3.5.6 广播协议 81
3.5.7 错误管理 82
3.6 ARINC 629总线 83
3.6.1 ARINC 629概述 83
3.6.2 ARINC 629协议 83
3.6.3 ARINC 629总线耦合器 85
3.6.4 ARINC 629体系结构实现 85
3.7 ARINC 664 Part7 86
3.7.1 ARINC 664概述 86
3.7.2 以太网帧格式 87
3.7.3 网络拓扑结构 87
3.7.4 冲突避免 89
3.7.5 虚连接 91
3.7.6 协议 93
3.7.7 总结 94
3.7.8 电缆 95
3.8 CAN总线 95
3.8.1 CAN总线概况 95
3.8.2 CAN总线消息格式 96
3.8.3 CAN总线变种 97
3.9 时间触发协议 98
3.10 光纤数据通信 98
3.10.1 光纤数据通信的属性 98
3.10.2 物理层 99
3.11 数据总线总结 100
3.11.1 数据总线概况 100
3.11.2 流量管理技术对比 102
参考文献 102
第4章 系统安全 103
4.1 引言 103
4.2 飞行安全 103
4.2.1 引言 103
4.2.2 飞行安全概述 104
4.2.3 事故原因 107
4.3 系统安全性评估 108
4.3.1 引言 108
4.3.2 关键部门、文档和指南 108
4.3.3 故障分类 109
4.3.4 运行经验 110
4.3.5 安全评估流程 110
4.4 可靠性 110
4.4.1 引言 110
4.4.2 失效机理 111
4.4.3 可靠性和平均故障间隔时间的关系 113
4.4.4 失效概率的评估 114
4.4.5 可靠性管理 114
4.5 有效性 116
4.5.1 引言 116
4.5.2 经典概率论 116
4.5.3 单一体系结构 116
4.5.4 三余度体系结构 117
4.5.5 三通道体系结构及其备份 118
4.6 完整性 119
4.6.1 机内自检测 120
4.6.2 交叉监控 121
4.7 冗余 122
4.7.1 单工体系结构 122
4.7.2 双余度体系结构 122
4.7.3 双命令监控体系结构 123
4.7.4 三余度体系结构 124
4.7.5 四余度体系结构 126
4.7.6 总结 127
4.8 分析方法 127
4.8.1 自顶向下方法 127
4.8.2 自底向上的方法 128
4.8.3 照明系统的例子 128
4.9 其他 130
4.9.1 风险发生时间（风险时间） 130
4.9.2 级联和公共模式故障 131
4.9.3 差异 132
4.9.4 隔离和分区 133
4.9.5 调度有效性 134
参考文献 135
第5章 航空电子系统体系结构 136
5.1 引言 136
5.2 航空电子系统结构演变 136
5.2.1 体系结构演变的概述 136
5.2.2 分布模拟式体系结构 138
5.2.3 分布数字式体系结构 139
5.2.4 联合数字式体系结构 140
5.2.5 综合模块化体系结构 142
5.2.6 开放系统标准 145
5.3 航空电子系统分区 145
5.3.1 飞机系统的系统 145
5.3.2 ATA分类 146
5.4 航空电子系统结构的例子 148
5.4.1 IMA发展简历 148
5.4.2 A320飞机航空电子系统体系结构 149
5.4.3 B777航空电子系统的体系结构 151
5.4.4 霍尼韦尔EPIC体系结构 155
5.4.5 A380和A350 156
5.4.6 B787 159
5.5 IMA设计原则 163
5.6 虚拟系统 164
5.6.1 虚拟映射介绍 164
5.6.2 实现例子：A380 165
5.6.3 实现例子：B787 167
5.7 分区 168
5.8 IMA容错 170
5.8.1 容错原则 170
5.8.2 数据完整性 170
5.8.3 平台健康管理 171
5.9 网络定义 171
5.10 认证 172
5.10.1 IMA认证理念 172
5.10.2 平台验收 173
5.10.3 主机功能验收 173
5.10.4 成本变化 174
5.10.5 配置管理 174
5.11 IMA标准 175
参考文献 176
第6章 系统开发 178
6.1 引言 178
6.1.1 系统设计 178
6.1.2 开发过程 178
6.2 系统设计指南 179
6.2.1 主要的机构和文档 179
6.2.2 设计指南和认证技术 179
6.2.3 民用飞机与系统开发指南——SAE ARP 4754A 179
6.2.4 安全性评估流程执行指南——SAE ARP 4761 180
6.2.5 机载系统与设备软件认证——RTCA DO-178C 181
6.2.6 机载电子硬件设计安全指南——RTCA DO-254 181
6.2.7 综合模块化航空电子设计指南与认证——RTCA DO-297 181
6.2.8 美国和欧洲规范的等效性 182
6.3 设计过程相互关系 182
6.3.1 功能危害性评估 183
6.3.2 系统安全性预先评估 184
6.3.3 系统安全性评估 184
6.3.4 公共原因分析 185
6.4 需求的获得与分析 185
6.4.1 自顶向下方法 185
6.4.2 自底向上方法 186
6.4.3 需求获取实例 187
6.5 开发过程 188
6.5.1 产品生命周期 188
6.5.2 概念阶段 189
6.5.3 定义阶段 190
6.5.4 设计阶段 191
6.5.5 制造阶段 192
6.5.6 测试阶段 193
6.5.7 运行阶段 193
6.5.8 退役、改装阶段 194
6.6 开发计划 195
6.6.1 典型的开发计划 195
6.6.2 V形图 196
6.7 延长航程的需求 198
6.7.1 双发延长航程飞行需求 198
6.7.2 设备需求 199
6.8 ARINC规范和详细设计 199
6.9 接口控制 200
6.9.1 接口控制文件 202
6.9.2 飞机级数据总线数据 202
6.9.3 系统内部总线数据 202
6.9.4 系统内部输入、输出数据 202
6.9.5 燃油组件接口 203
参考文献 203
第7章 电气系统 204
7.1 电气系统综述 204
7.1.1 引言 204
7.1.2 广阔的发展趋势 205
7.1.3 典型的民用电气系统 206
7.2 电气发电机 207
7.2.1 发电机控制功能 207
7.2.2 直流发电控制 208
7.2.3 交流发电控制 210
7.3 电源馈电与保护 215
7.3.1 电源系统的层次 215
7.3.2 电气系统的配置 216
7.3.3 电气负载保护 217
7.3.4 电能的转换 220
7.4 应急电源 221
7.4.1 冲压空气涡轮 222
7.4.2 永磁发电机 222
7.4.3 备用系统 223
7.4.4 蓄电池 224
7.5 电气系统体系结构 225
7.5.1 A320电气系统 225
7.5.2 B777电气系统 226
7.5.3 A380电气系统 229
7.5.4 B787电气系统 230
7.6 飞机布线 233
7.6.1 飞机断路器 233
7.6.2 线束的定义 235
7.6.3 布线 236
7.6.4 电缆尺寸 236
7.6.5 飞机电气信号种类 238
7.6.6 电气隔离 238
7.6.7 飞机电缆和连接件的特性 239
7.6.8 双绞线和四绞线的使用 239
7.7 电气安装 241
7.7.1 温度和散热 242
7.7.2 电磁干扰 243
7.7.3 雷击 243
7.8 连接和接地 244
7.9 信号调理 245
7.9.1 信号种类 245
7.9.2 信号调理 246
7.10 中央维护系统 247
7.10.1 A330、A340中央维护系统 248
7.10.2 B777中央维护系统 251
参考文献 252
第8章 传感器 254
8.1 引言 254
8.2 大气数据系统 254
8.2.1 大气数据参数 254
8.2.2 压力传感器 255
8.2.3 温度传感器 256
8.2.4 压力数据的使用 257
8.2.5 场压装定 258
8.2.6 大气数据计算机 259
8.2.7 气流方向探测器 261
8.2.8 完整的飞机动静压系统 261
8.3 磁传感器 263
8.3.1 磁场的组成 263
8.3.2 磁偏 264
8.3.3 磁航向参考系统 266
8.4 惯性导航系统 266
8.4.1 位置陀螺仪 266
8.4.2 速率陀螺仪 267
8.4.3 加速度计 269
8.4.4 惯性参考系 270
8.4.5 平台校准 272
8.4.6 万向平台 274
8.4.7 捷联导航系统 276
8.5 大气惯导组合系统 276
8.5.1 复合系统的发展 277
8.5.2 B777应用举例 278
8.5.3 ADIRS数据集 279
8.5.4 进一步的系统综合 280
8.6 雷达传感器 282
8.6.1 雷达高度表 282
8.6.2 气象雷达 284
参考文献 285
第9章 通信和导航设备 287
9.1 引言 287
9.1.1 射频频谱介绍 287
9.1.2 设备 289
9.1.3 天线 290
9.2 通信 291
9.2.1 简单的调制技术 291
9.2.2 高频通信 292
9.2.3 甚高频通信 294
9.2.4 卫星通信 296
9.2.5 空中交通管制发射应答器 299
9.2.6 空中交通告警与防撞系统 301
9.3 地面导航设备 303
9.3.1 全向信标 303
9.3.2 甚高频全向信标 303
9.3.3 测距仪 304
9.3.4 塔康 305
9.3.5 VOR／TAC 305
9.4 着陆系统 306
9.4.1 仪表着陆系统 306
9.4.2 微波着陆系统 308
9.4.3 基于GNSS系统 309
9.5 空间导航系统 310
9.5.1 全球定位系统 310
9.5.2 格洛纳斯卫星导航系统 313
9.5.3 伽利略卫星导航系统 313
9.5.4 北斗卫星导航系统 313
9.5.5 差分全球定位系统 314
9.5.6 广域增强系统 314
9.5.7 局域增强系统 315
9.6 通信控制系统 315
参考文献 317
第10章 飞行控制系统 318
10.1 飞行控制原理 318
10.1.1 参照系 318
10.1.2 典型飞行控制面 319
10.2 飞行控制原理 321
10.2.1 飞行控制功能的相互关系 321
10.2.2 飞行机组接口 322
10.3 飞行控制作动 324
10.3.1 传统线性驱动 324
10.3.2 线性作动器的手动和自动输入 325
10.3.3 螺旋驱动 325
10.3.4 集成作动组件 326
10.3.5 FBW和直接电气链路 327
10.3.6 电液作动器 328
10.3.7 机电作动器 329
10.3.8 作动器应用 330
10.4 电传飞行控制原理 330
10.4.1 电传飞行控制概述 330
10.4.2 典型的操作模式 332
10.4.3 波音公司和空客公司理念 333
10.5 B777飞行控制系统 334
10.5.1 顶层主飞行控制系统 334
10.5.2 作动器控制装置接口 335
10.5.3 俯仰和偏航通道概述 336
10.5.4 通道控制逻辑 337
10.5.5 系统集成概述 339
10.6 空客飞机飞行控制系统 340
10.6.1 空客飞机FBW发展 340
10.6.2 A320电传飞行控制系统 341
10.6.3 A330、A340电传飞行控制系统 343
10.6.4 A380电传飞行控制系统 344
10.7 自动驾驶飞行指引系统 346
10.7.1 自动驾驶原理 346
10.7.2 与驾驶舱的相互关系 347
10.7.3 自动着陆 349
10.8 飞行数据记录器 350
10.8.1 飞行数据记录原理 350
10.8.2 数据记录的环境 351
10.8.3 未来需求 352
参考文献 353
第11章 导航系统 354
11.1 导航原理 354
11.1.1 导航基础 354
11.1.2 陆基助航设备 356
11.1.3 大气数据和惯性导航 357
11.1.4 全球导航卫星系统 358
11.1.5 飞行技术误差——水平导航 359
11.1.6 飞行技术误差——垂直导航 360
11.2 飞行管理系统 361
11.2.1 飞行管理系统原理 361
11.2.2 FMS人-机接口——导航显示 362
11.2.3 FMS人-机接口——控制和显示单元 364
11.2.4 FMS功能 367
11.2.5 FMS程序 369
11.2.6 标准仪表离场 369
11.2.7 航路程序 370
11.2.8 标准进场航线 372
11.2.9 ILS进近 373
11.2.10 典型FMS架构 374
11.3 电子飞行包 375
11.3.1 EFB功能 375
11.3.2 EFB实现 376
11.4 空中交通管理 376
11.4.1 空中交通管理的目的 376
11.4.2 通信、导航和监视 377
11.4.3 下一代航空运输导位 377
11.4.4 独立欧洲空间ATM研究 378
11.5 基于性能导航 379
11.5.1 基于性能导航的定义 379
11.5.2 区域导航 379
11.5.3 导航性能 383
11.5.4 精确进近 385
11.6 自动相关监视——广播模式 387
11.7 波音公司和空客公司的实施方案 388
11.7.1 波音公司的实施方案 388
11.7.2 空客公司的实施方案 389
11.8 地形回避与告警系统 389
参考文献 391
第12章 驾驶舱显示 393
12.1 引言 393
12.2 第一代驾驶舱：电磁时代 393
12.2.1 初期的主飞行仪表 394
12.2.2 早期先驱 394
12.2.3 经典的机电驾驶舱 396
12.3 第二代驾驶舱：光电时代 398
12.3.1 先进民用驾驶舱 398
12.3.2 B757与B767 400
12.3.3 A320、A330和A340 401
12.3.4 B747-400和B777 403
12.3.5 A380 403
12.3.6 B787 404
12.3.7 A350 405
12.4 第三代：下一代驾驶舱 406
12.4.1 不利操作环境改善 406
12.4.2 研究领域 406
12.4.3 概念 407
12.5 飞机电子中央监控系统 408
12.5.1 ECAM程序 408
12.5.2 ECAM模式 408
12.5.3 ECAM页面 409
12.5.4 快达航空QF32 410
12.5.5 波音飞机发动机指示与机组告警系统 410
12.6 备用仪表 411
12.7 平视显示视觉指引系统 412
12.7.1 视觉指引系统简介 412
12.7.2 用于民用运输机的HVGS 412
12.7.3 HVGS装置 412
12.7.4 HVGS符号系统 413
12.8 增强合成视景系统 415
12.8.1 概述 415
12.8.2 EVS、EFVS和SVS结构 415
12.8.3 最低航空系统性能标准 417
12.8.4 增强视景系统 417
12.8.5 增强飞行视景系统 420
12.8.6 合成视景系统 422
12.8.7 复合视景系统 425
12.9 显示系统结构 427
12.9.1 适航条例 427
12.9.2 显示有效性和完整性 427
12.9.3 显示系统功能元件 428
12.9.4 非智能显示结构 429
12.9.5 半智能显示结构 430
12.9.6 全智能（综合化）显示结构 431
12.10 显示可用性 431
12.10.1 条例要求 431
12.10.2 显示格式和符号指南 432
12.10.3 驾驶舱布局结构 432
12.10.4 易读性：分辨率、符号线宽和大小 433
12.10.5 色彩 434
12.10.6 驾驶舱照明状况 435
12.11 显示技术 438
12.11.1 有源点阵液晶显示器 438
12.11.2 等离子显示屏 440
12.11.3 有机发光二极管 441
12.11.4 电子纸 441
12.11.5 显微投影技术 442
12.11.6 平视显示技术 443
12.11.7 人-机接口 444
12.12 飞行控制操纵装置 445
12.12.1 操纵品质 445
12.12.2 响应类型 445
12.12.3 包线保护 447
12.12.4 操纵装置 447
参考文献 447
第13章 军用飞机 450
13.1 引言 450
13.2 航电和任务系统接口 452
13.2.1 导航和飞行管理 454
13.2.2 导航辅助设备 455
13.2.3 驾驶舱显示器 455
13.2.4 通信 456
13.2.5 飞机系统 457
13.3 应用 457
13.3.1 “绿色”飞机的转换 457
13.3.2 人员、物资和车辆的运输 459
13.3.3 空中加油 459
13.3.4 海上巡逻 460
13.3.5 空中预警 465
13.3.6 对地监视 466
13.3.7 电子战 467
13.3.8 空中教室 467
13.3.9 试验靶场目标／安保飞机 467
参考义献 468
附录A 飞行控制系统安全分析 469
A.1 飞行控制系统结构 469
A.2 依赖关系图 470
A.3 故障树分析 471
附录B 飞行电子仪表系统安全分析 474
B.1 飞行电子仪表系统体系结构 474
B.2 故障树分析 475
附录C 电气系统安全分析 478
C.1 电气系统机构 478
C.2 故障树分析 479
附录D 发动机控制系统安全分析 481
D.1 导致发动机空中停车因素 481
D.2 发动机控制系统结构 481
D.3 马尔可夫分析 482