航空电子是指（zhǐ）飞机上所有电子（zǐ）系统的总和（hé）。一个（gè）最基本的航（háng）空电子系统由通（tōng）信、导航（háng）和显（xiǎn）示管理等多（duō）个系统构（gòu）成（chéng）。航空电子设备种类众多，针（zhēn）对（duì）不同用途（tú），这些设备从最简单的（de）警用直升机（jī）上的探照灯到复杂如（rú）空中预警（jǐng）平（píng）台无所不包。航（háng）空电（diàn）子研究正以（yǐ）惊人的速度改（gǎi）变着航空航天（tiān）技（jì）术。起初，航（háng）空电子设备只是一架飞机的附属（shǔ）系统（tǒng）；而如（rú）今，许多飞机存在的唯一（yī）目的即（jí）为搭载这些设备。军用飞机正日益（yì）成（chéng）为一种（zhǒng）集成了各种强大而敏感的传感（gǎn）器的（de）战斗平台（tái）。
历史（shǐ）
在上世纪70年代之前，航空电子(Avionics)这（zhè）个词还没有出现。那时，航（háng）空仪表，无线电，雷（léi）达，燃油系统，引擎控制（zhì）以及（jí）无线电导航都是单（dān）独的，并且大部分时候（hòu）属（shǔ）于机械系統。航空电（diàn）子（zǐ）诞（dàn）生（shēng）于20世纪70年代。伴随着电子工业（yè）走向一体化，航空电子市场（chǎng）蓬勃发展起来。在70年代早期（qī），全世界（jiè）90％以（yǐ）上的（de）半（bàn）导体产品应（yīng）用（yòng）在军用（yòng）飞（fēi）机上。到了90年代，这个比例已不足1％。从70年代（dài）末开始，航空电子已（yǐ）逐渐成（chéng）为飞机设（shè）计中一个部门（mén）。推动航电技术发展的主要动力来源于冷战（zhàn）时期的（de）军事需要而非民用领域。数量庞大的飞机变成了（le）会飞的传感器平台，如何（hé）使如此（cǐ）众（zhòng）多的（de）传感器协同（tóng）工作也成为了一个新的难题。时至今（jīn）日，航电已成为军（jun1）机研发预算中最大的部分。粗略地（dì）估计一下，F-15E、F-14有（yǒu）80％的预算花在了航电系统上。航空电子在民用市场也（yě）正在获得巨大（dà）的成长。飞行控制（zhì）系统（线传（chuán）飞控），苛刻空域（yù）条（tiáo）件（jiàn）带来的新导（dǎo）航需求也促使开发成（chéng）本相（xiàng）应上涨。随着越来越多（duō）的人将飞机作为（wéi）自己（jǐ）出行的首要交通工具，人们也（yě）不断开发（fā）出更（gèng）为精细的控制技（jì）术来保证飞机在有限的空域环境下（xià）的（de）安全性。同时（shí），民机天然要求将所有的（de）航电系统都限制在驾驶（shǐ）仓内，从而（ér）使民（mín）机在预算（suàn）和开发（fā）方（fāng）面第一次影响到军事领域。
设计约束
飞（fēi）机上（shàng）的任何设备都必须满足一系列苛刻的设计（jì）约（yuē）束。 飞机所面临（lín）的电（diàn）子环境是独特的，有（yǒu）时甚至是（shì）高度复（fù）杂的。制造任何飞机（jī）都（dōu）面临许多昂（áng）贵，耗时，麻烦和困难的方面，而适航性（xìng）认（rèn）证则是其（qí）中之一。随着飞（fēi）机及（jí）机组人员愈来愈依赖于航电系（xì）统，这些系统的健（jiàn）壮性便变得非（fēi）常（cháng）重要（yào）了。建（jiàn）造航空（kōng）电子系统（tǒng）的一（yī）个必（bì）要因素就是要求飞行控制系统在任何时候（hòu）都（dōu）不能（néng）失效。然而（ér），飞机上任何一种（zhǒng）系（xì）统都对健壮性有一定程度的要求。
集（jí）成
从（cóng）航（háng）空电子工（gōng）业的发轫时期开始，如何（hé）将及其（qí）众多的电（diàn）子系统连接起来，密（mì）切有效地使用各种信（xìn）息就是一个令（lìng）人头疼的问题。当（dāng）初如（rú）何在（zài）离散数据线上传（chuán）递开关变量的简单问题，而今已演化为如何协调光线数据总线（xiàn）上传（chuán）递（dì）的飞行控制数（shù）据（jù）的繁杂问题。空前复杂（zá）的软件也被（bèi）用以应付空（kōng）前苛刻（kè）的航空标（biāo）准。 在今天，系统集成（chéng）已成为飞机工（gōng）程师们所面（miàn）临（lín）的最大问题。不管（guǎn）一架（jià）飞机如（rú）何（hé）小，一定程度的集成也是必（bì）不（bú）可少的（de）（例（lì）如电（diàn）力（lì）供应）。大（dà）型飞（fēi）机项目（像军用及民用）经常需要数百（bǎi）名工程师（shī）来集成（chéng）这（zhè）些复杂系统。
物理环境
飞行环境（jìng）不同，系（xì）统用途各（gè）异。某些系统需要（yào）比其（qí）他更为（wéi）健壮。今（jīn）天（tiān）所有（yǒu）的航空电（diàn）子系统都需要通过特定（dìng）水（shuǐ）平的（de）环（huán）境测试。所以（yǐ）鲁棒性设计日益重（chóng）要。测试的形式多种多样，许（xǔ）多（duō）飞机生产商更会预（yù）先（xiān）规定如何测试。随着航电（diàn）设备的（de）广泛应用，各种适航认证（如英国的CAA或美（měi）国的FAA）制（zhì）定了这些设（shè）备必须满（mǎn）足的性能标准。制造商们则在此（cǐ）基础（chǔ）上制定了这些设备必须满足的环境标准。这些标准规定了航电制造商（shāng）所必须遵循的飞机零件测（cè）试方法及等级（jí）。例如盐水喷（pēn）射，防（fáng）水性，模具成长，以及外部（bù）污渍之类的测试（shì）。 目前提供给制造商的这类航电（diàn）标准有BS 3G 100, MIL-STD-810, DEF STAN 00-35等等。在（zài）进行每一（yī）项单（dān）独测试（shì）前，我们首先得评估其是否适（shì）用。例（lì）如，盐水喷射测（cè）试对装（zhuāng）在密封架内（nèi）的设备就没（méi）有什么必（bì）要（yào）。制造商们通（tōng）过交叉引用这些标准（zhǔn），维护测（cè）试等级，经常会生成更为通用的需求（qiú）。这些（xiē）需（xū）求并不规（guī）定性能，而是对设备的操作环境的一种描述。
电磁（cí）兼容性
众所（suǒ）周知，EEE, 电磁兼容性(EMC)是一项评估电力电子系统（tǒng）相互影响的活动。在飞机世（shì）界里，电磁兼容性可（kě）导致各种各样的问题。飞机（jī）及其（qí）设备一般使用测试范围更广的特定（dìng）标准，如DEF Stan 59-41, MIL-STD-464等（děng）。
振动
即使（shǐ）是最平稳（wěn）的飞机（如民航干线飞机），振动也是一个非（fēi）常严重的问题，对可（kě）靠（kào）性影响很大。更不用说像直（zhí）升机那样颠簸的飞机，振动（dòng）已（yǐ）成（chéng）为设计中最主要的驱动因素。虽然有（yǒu）一些针对振动问题的飞机标（biāo）准，但许多设计者（zhě）们并没有（yǒu）意识（shí）到它们。共振问题（tí）对于（yú）每一架出厂飞机固然不同，更不用说对不同型（xíng）号的飞机了（le）。
系统安（ān）全性
飞机（jī）上的所有零部件都（dōu）要定期（qī）接收系统安全性分析。在（zài）航电（diàn）领域，这项（xiàng）工作主要（yào）是由各个国家的适航认（rèn）证部门来（lái）执行的。对于民机，总是由FAA或者EASA(JAA)来认证其安全性。对（duì）于军机，虽然也有一（yī）些世界标准（zhǔn），但大部分军机买方（fāng）认证执行的（de）是（shì）当地标准（如（rú）DEF Stan 00-56)。在飞机设计（jì）中，安全性设计一般表述为（wéi）可靠性及（jí）耐用性，极大（dà）地影响（xiǎng）着飞机设（shè）计（jì）方法（fǎ）。任何应用于航电系统（tǒng）的软件都要接受严（yán）格的安全性审查。
质（zhì）量（liàng）
航（háng）空电子设备（bèi）的采购在全球（qiú）范围内已被少数几大巨头所垄断（duàn）。通过提供“盒装部件”，即（jí）所谓的LRU（航线可更换（huàn）组件），打包，测试（shì）以及配置管理等活动，他（tā）们几乎垄断了整个航空电（diàn）子产业（yè）。 对于（yú）任（rèn）何工业领域，质量（liàng）控制（zhì）都（dōu）是一个非常重（chóng）要（yào）的部分（fèn）。而（ér）在航空领域，航电产品（pǐn）供货商则可能毁了整个（gè）方案（参看波音Chinook事件）。如今ISO 9001所颁布（bù）的质量标（biāo）准（zhǔn）虽然已被主要工业所（suǒ）采用，而主（zhǔ）要的（de）飞机制造商对于他们所交付的文档和硬件（jiàn）还有更为严格的（de）标（biāo）准。人（rén）们经常说飞机（jī）不是依靠燃（rán）油飞行（háng），而是依靠（kào）文档工（gōng）作（zuò）来（lái）飞（fēi）行。因为任何一个LRU（一个无线电设备或（huò）仪器）都要产生大（dà）量的文档（dàng）。
主要领域
如（rú）同电子学一样，航（háng）空电（diàn）子学是个（gè）庞大的（de）学科，对其简单分（fèn）类很不容易。下文（wén）试图介绍一些感兴趣的领域，由此你可以深（shēn）入研究它们。
飞机电子（zǐ）系统
在任何飞机（jī）上，驾驶舱都处于（yú）航（háng）电系统中最显著的位置。这也（yě）是（shì）最困难和最有争（zhēng）议的问题。所有可以直接控制飞（fēi）机安全（quán）飞行的系（xì）统都可（kě）以（yǐ）由飞行员直接控制。那些（xiē）对飞机安全性很关键的系统也都（dōu）指向航电系统（tǒng）。
通信系统
也许是航电系统中最先出现的（de），飞机（jī）和（hé）地面的通信（xìn）能力从一开（kāi）始就是至关（guān）重要的。远程通信爆发式的（de）增长意味着飞机（民机和军机（jī））必（bì）须携带着一（yī）大堆的通信设备。其中一小部分提供了关乎（hū）乘客安全的空地通信系（xì）统（tǒng）。机载通（tōng）信是（shì）由公共地（dì）址系统和飞机（jī）交（jiāo）互通信提供的。
导（dǎo）航系（xì）统
本文所（suǒ）关注的导航其含义为如何确定地（dì）球（qiú）表明以上的位置和方向。在通信（xìn）系统出现不久，飞行能力就受限于（yú）上述这些条件了（le）。从（cóng）早期开始，为（wéi）了飞行安全性，人们就（jiù）开发出导航（háng）传感（gǎn）器来帮助飞行员。除了通信（xìn）设备，飞（fēi）机上现在（zài）又（yòu）安装了一大堆无（wú）线电导（dǎo）航设（shè）备。
显示系统（tǒng）
航电系统的独立出现是紧随（suí）这些功（gōng）能的集成工作之后的（de）。很早（zǎo）之前，生产商们就努力开发更可靠和更好的系统来显示关键（jiàn）的飞行信息。真正的玻璃驾驶仓是在最近5年（nián）才出现的。LCD或者（zhě）CRT经常会倒退回（huí）传（chuán）统的仪表（biǎo）。如今，LCD显示（shì）的可靠性已（yǐ）足以让“玻璃”显示成为关键备（bèi）份。但这（zhè）只是表面因素。显（xiǎn）示系统负责检查关键（jiàn）的传（chuán）感（gǎn）器数据，这些数据（jù）能让飞机在严苛的环境里安（ān）全的飞行。显示软件是以飞行（háng）控制软件同样的要（yào）求开发出（chū）来的，他（tā）们对飞行员同等重（chóng）要（yào）。这些显示系统（tǒng）以（yǐ）多种方式（shì）确（què）定高度和方位，并安（ān）全方便地（dì）将这些（xiē）数据提供给（gěi）机组人（rén）员。
飞（fēi）行控制系统
多年来（lái），平直翼（yì）飞机和直升机的自动（dòng）控制飞行的方式是不（bú）同（tóng）的。这些（xiē）自动驾驶系（xì）统在（zài）大（dà）部分时间（jiān）里（比如巡航（háng）或直升机悬停时（shí））减（jiǎn）少了飞行员的工作负荷和（hé）可（kě）能出（chū）现的失（shī）误。第一个（gè）简单（dān）的自（zì）动驾驶仪用（yòng）于控制高度及方向，它可以有限地操控一些东西，如发动（dòng）机推力和机翼舵面。在直升机上，自动稳定仪起（qǐ）同样（yàng）的作用。直（zhí）到最近，这些（xiē）老（lǎo）系统仍自然（rán）而然地利（lì）用电（diàn）子机械。
防撞系统
为了增强空中交通管（guǎn）制（zhì），大型运输机和略小些的（de）使用（yòng）空（kōng）中（zhōng）防撞（zhuàng）系统 (Traffic Alert and Collision Avoidance System 交通警告及防撞（zhuàng）系统)，它可以检测出附近（jìn）的其他飞（fēi）机，并提供防止空（kōng）中（zhōng）相（xiàng）撞（zhuàng）的指令。小飞（fēi）机也许会使（shǐ）用简单一些（xiē）的空中警告系统（tǒng），如（rú）TPAS，他们以一种被动（dòng）方式工作，不会（huì）主动询问其他飞机的异频（pín）雷达（dá）收发（fā）器信号，也不提供解决冲撞的建（jiàn）议。为了防止（zhǐ）和地面相（xiàng）撞，飞机上安装（zhuāng）了诸如近地警告系（xì）统（tǒng）(GPWS, Ground Proximity Warning System),这种系统通常含有一个雷达测高计。新的系（xì）统使用gps和地形和（hé）障碍物数据库为（wéi）轻型飞机提供同样的功能。
气（qì）象雷达（dá）
气象系统如气象雷达（典型如商用飞机上的ARINC 708)和闪电探测器对于夜间飞行或者指令指挥飞行非（fēi）常重要（yào），因（yīn）为此时（shí）飞行员无法看到前方的气象条件。暴雨（yǔ）（雷达可感（gǎn）知）或闪电都意味着强烈（liè）的对流和湍流，而气象（xiàng）系统则可以使飞（fēi）行员绕过（guò）这些区域。在最近，驾驶舱气象系统有了三项最（zuì）重要的改（gǎi）革。首先，这（zhè）些设备（尤其是闪电探（tàn）测（cè）器如Stormscope或Strikefinder）已便宜（yí）了（le）很多，甚至可以装备在小型飞机上了（le）。其次，除了传（chuán）统雷达和闪（shǎn）电探测器（qì），通过连接卫星（xīng）数据，飞行员可（kě）以获得远（yuǎn）超过机载系统本身能（néng）力的雷达气象图像。最后，现代显示系（xì）统可（kě）以将气象信息和移（yí）动地图，地形，交通等信息集（jí）成（chéng）在一个（gè）屏幕上，大大方便了飞行（háng）。
飞机管（guǎn）理系统
飞行管理系统出现在20世纪70年代（dài），在原有的自动导航及通信控制及其他电（diàn）子系统的技术上（shàng）发展起来的。柯林斯(Collins)和霍（huò）尼韦尔(Honeywell)公司分别在其参与（yǔ）研发的（de）麦道和（hé）波音飞（fēi）机上率先引入集成的飞行（háng）管理（lǐ）系统。随着（zhe）技术的进（jìn）步，飞行管理系统的重要（yào）性不（bú）断提高，成（chéng）为飞机上（shàng）最重（chóng）要的人机交互接口。集成了飞飞行控制（zhì）计算机，导航（háng）及（jí）性能（néng）计算等功能。中央计算机加上显示和（hé）飞行控制系统，这（zhè）三个核心系统使飞机上的所（suǒ）有系统（tǒng）（不仅（jǐn）仅是航电系统）更易于维护，更易于飞行（háng），更安全。引擎的监控和管理很（hěn）早（zǎo）就在飞机地面维（wéi）护方面取得了（le）一（yī）定进展（zhǎn）。如（rú）今这种监控管理已经最终（zhōng）延伸到飞机（jī）上的所有系统，并且延（yán）长了这些（xiē）系统和零部件的寿命（同时降（jiàng）低了（le）成（chéng）本）。集成了健康及使用状况监控系统（tǒng）（HUMS，Health and Usage Monitor Systems）后，飞（fēi）机管（guǎn）理计算机就可以及时报告那些需要更换（huàn）的零（líng）件。有了飞机（jī）管理计算（suàn）机（jī）或者飞行管理系统，机组人员就（jiù）再也用（yòng）不着一张张地图和（hé）复（fù）杂的公式了。再加上数字（zì）飞（fēi）行（háng）公文包，机（jī）组人员（yuán）可以管理到小至（zhì）每一个（gè）铆钉的任何方面。虽然航电设备制造商提供（gòng）了飞（fēi）行管理系统，不（bú）过（guò）目前（qián）还是倾向于（yú）由飞机制造商（shāng）提供飞机（jī）管理（lǐ）和健康及（jí）使用状况监控系统。因为这（zhè）些软件依赖于它们装（zhuāng）载在何种飞（fēi）机上。
战（zhàn）术任（rèn）务系统
航空电子的主（zhǔ）要发展方向已（yǐ）转向“驾驶舱背后”。军用飞机或者是（shì）用（yòng）来发射武器，或者是变成其他武器系统（tǒng）的眼睛和（hé）耳朵。缘于战术需要，大堆的传感器装在（zài）军（jun1）用（yòng）飞机上。更大的会飞的传感器平台（如E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1)除了飞机（jī）管理（lǐ）系统（tǒng），还会安装任务管理系统。随着精巧的（de）军用（yòng）传感器的（de）广泛（fàn）应用，它（tā）们已变（biàn）得无所不在，甚至已流入军火黑市。警用（yòng）飞机和电子侦察机如今（jīn）则携带（dài）着更为精密（mì）的战术传感器。
军用通信系（xì）统
民（mín）机通信系统为安（ān）全飞行提供了骨（gǔ）干（gàn）支持，而（ér）军用通信系统则主要用于适应严酷的（de）战场环境。军用极高频（pín）（UHF）, 甚高频(VHF)（30－88Mz）通信和使用ECCM方法的卫（wèi）星通信（xìn），再加上（shàng）密码学（xué），一起（qǐ）构成了战场上（shàng）安全的（de）通信环境（jìng）。数（shù）据链系统，如Link 11, 16, 22和BOWMAN, JTRS, 甚至是TETRA提供了数据（如图像，目（mù）标信（xìn）息等）传输方法。
雷（léi）达
空（kōng）中雷（léi）达是主要的作战（zhàn）传感器之一。它和其地面基站（zhàn）一（yī）起（qǐ），如今已发展得（dé）非（fēi）常复（fù）杂。空中（zhōng）雷（léi）达最引人注（zhù）目的一个变化（huà）就（jiù）是可以在超远距离内提（tí）供（gòng）高（gāo）度信息。这类雷达从早期预警（jǐng）雷达(AEW)，反（fǎn）潜（qián）雷（léi）达(ASW)，一直（zhí）到气（qì）象（xiàng）雷达(ARINC 708)和近地（dì）雷达。军用（yòng）雷达（dá）有时用来帮助（zhù）高速喷气（qì）飞机低空飞行。虽然民用市场（chǎng）上的气（qì）象雷达偶尔也作此用，但都（dōu）有（yǒu）严格（gé）的（de）限制。
声纳
声纳是紧随着雷（léi）达出现（xiàn）的。好多军（jun1）用直升机上安装了探水声纳，他们（men）可以保护舰队免遭来自潜艇和水面敌舰的攻击。水上支援飞机可以释放主动或被动式声（shēng）纳浮标，他们也用以确定（dìng）敌（dí）方潜水艇的位（wèi）置（zhì）。
光电系统
光电系统覆盖（gài）的设备范围（wéi）很广，其（qí）中包括前视红外系统（Forward Looking Infrared）和被动式红（hóng）外设备 （Passive Infrared Device, PIDS）。这些设备都可以给机（jī）组提供红外图像。这些图像可（kě）以获得更好的目标分辨率，从而用于（yú）一切搜救活动。
电子（zǐ）预警
电子支援（yuán）（ESM, Electronic Support Measure)以及（jí）防御（yù）支（zhī）援(DAS, Defensive Aids)常用于搜集（jí）威胁物（wù）或（huò）潜在威胁物的信息。它（tā）们最终（zhōng）用于发射武器（有（yǒu）时是自动发射）直接攻击敌机。他们有时也用以确认（rèn）威胁物（wù）的状（zhuàng）态，甚至是辨识它们。
机（jī）载（zǎi）网络（luò）
不管是军用的，商用的（de），还（hái）是民用先进机型的电子系（xì）统都是通过航空电（diàn）子总线相（xiàng）互连（lián）接起来（lái）的。这些网络在（zài）功（gōng）能上和家用电脑网络十分相（xiàng）似，然而在通讯和电子协议上区别很大。下面简要列出（chū）最常见的航空电子总线协议及其主（zhǔ）要应用：
Aircraft Data Network (ADN): 飞机（jī）数据网（wǎng）络
AFDX: 商用飞机上（shàng） ARINC 664 的特定实现
ARINC 429: 商（shāng）用飞机
ARINC 664: 参照上述（shù）ADN
ARINC 629: 商用飞（fēi）机(波音 777)
ARINC 708: 商用飞（fēi）机上的气象雷达
ARINC 717: 商（shāng）用飞机上的飞行数据记（jì）录仪
MIL-STD-1553: 军用飞机
警用（yòng）及空中救护
警用及空中救护飞机（大部分（fèn）属直升机）现在已（yǐ）成为一（yī）个重要（yào）的市场（chǎng）。军（jun1）机（jī）现在也常（cháng）常用来帮助应对（duì）民（mín）间（jiān）的非暴力不合（hé）作事件。警用直升机几乎（hū）都安装了视频或（huò）红（hóng）外热成（chéng）像仪（yí），这样就可以追踪嫌疑犯或任（rèn）何他（tā）们感（gǎn）兴（xìng）趣的东西。警用直升机也（yě）安装了探照灯和扩音喇叭（bā），这和（hé）警车上的用途是一（yī）样的。很显然，空中（zhōng）救护或（huò）急救直升（shēng）机上需要医疗（liáo）器械（xiè），而这些很少（shǎo）被当（dāng）作航空电子设备。然（rán）而，很多急（jí）救和警用直升机需（xū）要在一些令（lìng）人不安的环境中飞行，这就需（xū）要更多的传感器，其（qí）中一些直到最近还被认为（wéi）是（shì）纯（chún）粹的军机设备。（国防科技网）
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