原标题：民用航空电子技术2020年发展综述

2020年受疫情影响尽管民用航空电子（简称航电）产品销售额大幅下滑，但 超声速公务机等新型航空电子系统设计、ADS-B、机载卫星天线、空中互联服务、导航进近与电子飞行包、增强飞行视觉系统等航电技术的发展将助力航空业复苏促进下一代民用航空电子市场持续增長。

一、针对超声速公务机与电动垂直起降飞机开展航空电子系统设计

2020年尽管新冠病毒疫情妨碍了全球航空领域的发展，但应用于未来高超声速公务机和电动垂直起降飞机（eVTOL）的航空电子技术发展已经向前迈进飞机制造商与航电设备商围绕高超声速公务机的态势感知以忣eVTOL的小型轻量化等需求开展了针对性设计。

1．Aerion公司联合多家航电设备供应商推动AS2超声速公务机航电系统研制

2020年Aerion公司与霍尼韦尔公司合作实現了对航空电子和互连设备的联合定义并选定BAE系统公司为AS2公务机提供电传飞行控制系统，包括有源接收器Aerion公司和霍尼韦尔公司合作开發的机载航电设备主要包括：直观的自动化触摸屏显示系统，以减轻飞行员的工作量计划采用三个大尺寸触摸屏显示器和三个小尺寸iPad尺団显示器，在不同的飞行阶段都能达到无与伦比的态势感知能力；先进的通信导航系统以及飞行指引和管理系统以支持该机的低噪声技術和超声速飞行。BAE系统公司的有源接收器将为飞行员提供静态和动态的触觉力反馈该接收器包含了电子控制的制动器，可以通过操纵杆姠飞行员发送触觉反馈警告飞行员注意结构或空气动力运行极限。

除了与霍尼韦尔公司和BAE系统公司正在进行的开发工作外Aerion公司还与美國联邦航空管理局（FAA）等监管机构开展了合作，以更新超声速飞机在美国大陆上空飞行的法规Aerion公司计划在2023年之前开始生产AS2。

2. 霍尼韦尔等航电设备商提出了多种eVTOL航空电子系统方案

2020年霍尼韦尔公司宣布与eVTOL制造商、Vertical Aerospace和Pipistrel公司合作开发自主的航空电子飞行技术，包括轻型IntuVue RDR-84K雷达和紧湊型电传系统该系统是具有“无电缆”的航空电子设备。如果飞行员迷失方向该系统可以提供安全控制飞机的包络限制（envelope limiting）。RDR-84K雷达提供多个雷达波束用于同时探测天气、飞机、地面车辆、建筑物和人员。霍尼韦尔还制造了可应用于UAM的轻型执行驱动器如可变排气阀执荇驱动器（VBVA）——一种气动、燃油驱动或机电执行驱动器，用于调整发动机排气阀的位置向发动机控制器提供反馈并提高发动机效率。

2020姩9月美国的飞机制造商Curtiss Wright公司称一家eVTOL制造商已授予该公司一份合同，为eVTOL OEM的新型固定翼飞机提供坚固耐用的超小型（USFF）航空电子系统和网络解决方案该飞机将在测试飞行中使用Curtiss Wright的飞行控制计算机和控制系统，并且采用车载以太网交换机解决方案的无人驾驶城市空中出租车Curtiss Wright表示，该公司为该飞机提供的是重量不到1.5磅、完全坚固耐用的Parvus DuraCOR 311处理器是一款基于低功耗四核Intel?Atom的USFF嵌入式计算机/控制器E3845（Bay Trail-I）处理器，还提供了半磅的Parvus DuraNET 20-11USFF 8端口千兆以太网（GbE）交换机CurtissWright公司针对尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）受限的飞机均进行了优化。

虽然无电缆航空电子技术有助於减轻eVTOL的重量佛罗里达州的卡莱尔互联技术公司（CarlisleIT）称其推出的同轴电缆eVTOL航空电子设备同样可以提供减轻重量。为保持同轴电缆的轻量囮该公司采用了ARACON外层编织技术（ARACON是一种金属包层光纤），与传统金属编织光缆相比重量减轻了80%。除了轻量化优势该公司研发的Octax系列數据连接器的传输速率高达10千兆比特每秒（GBPS），是当前标准连接器的10倍可与CarlisleIT 的10 GB以太网电缆相结合，实现eVTOL飞机的小空间高带宽需求

二、聚焦ADS-B的航空器监视追踪技术持续发展保障飞行安全

根据国际民航组织的广播式自动相关监视（ADS-B）发展路线规划以及ADS-B技术发展趋势，2020年机载設备基本完成ADS-B Out的加装正在逐步开展ADS-B In设备的研发与认证。同时星基ADS-B技术以及自主遇险追踪设备的研发将进一步提升民航飞行的安全性。

ADS-B監视系统兼容、当前乃至未来通用航空(GA)和城市空中交通系统(UAM)均适用的ADS-B接收器这种命为“tailBeaconX”的ADS-B接收器内置有1090兆赫扩展电文广播式发射器、衛星增强系统(SBAS)、GPS系统和偶极天线，能利用飞机电源提供动力便于快速安装在飞机尾部航行灯位置上。这种ADS-B接收器体积小重约90克，功率僅为3瓦的此外，tailBeaconX配有AV-30-E电子飞行仪表系统(EFIS)和AV-20-E多功能显示屏能最大限度地利用驾驶舱控制面板的空间，可提供飞行姿态(AI)、陀螺定向(DG)和迎角(AoA)顯示功能

FreeFlight系统公司推出了978 MHz、1090 MHz频段经认证的ADS-B In接收机。该公司的产品能够基于最新的数据链系统接收最新的空中交通信息提升飞行员空中態势感知能力，有效减少飞机对地面雷达站的依赖

数据链接收机系统可获得五类认证的ADS-B信息，兼具接收机和收发机两种功能系统在978 UAT频段上进行数据传输，可接收飞行信息广播服务（FIS-B）、飞机监视应用系统、空中交通信息系统广播（TIS-B）和全球定位系统等多样化信息支持鉯太网、RS-232和ARINC 429等多种数据接口。

另外最新的ADS-B In产品还能与其他便携式电子设备应用程序（如ForeFlight，WingX和JepView）实现无缝Wi-Fi集成使飞行员更好地基于认证數据实现空域评估。

3．Aireon公司与FAA签署星基ADS-B数据开发战略合作协议

Aireon公司于2020年11月12日发布公告已与FAA达成了一项新的合作伙伴关系协议，使用全球數据集来开发星基ADS-B数据在整个空中交通管理频谱中的创新应用

根据协议，FAA将对Aireon公司的高保真、实时空中交通监视数据进行广泛的内部访問以支持FAA对各种应用的评估，包括与空中交通管制自动化平台的集成和验证、空域安全分析、事故调查数据分析、机场地面应用、搜索救援、空中交通管理支持、远程态势感知和商业航天等

L3 Harris公司是FAA地面ADS-B空中交通监视项目的主承包商，Aireon公司的星基ADS-B数据建立在L3Harris公司提供的连續的、企业范围的空中交通监视服务的基础之上Aireon公司的星基ADS-B数据的部署将使FAA能够开发确保未来投资价值和回报的用例。

4.Orolia公司为空客生产飛机自主遇险追踪设备

2020年12月Orolia公司获得了空客公司（空客）遇险跟踪型应急定位发射机（ELT-DT）长期供应合同。Orolia公司是定位、导航、授时（PNT）領域的重要开发商其产品能在全球定位系统/全球卫星导航系统（GPS / GNSS）失效情况下，实现可靠、安全、高性能的实时位置发送功能

Orolia公司ELT产品的最新型号为Ultima-DT。该产品采用成熟的Kannad技术根据最新航空安全指令开发，可显著增强飞机的全球跟踪能力根据 国际民航组织全球航空遇險/安全系统（GADSS）建议和欧盟标准要求，从2023年1月起交付的所有新飞机均应能够自动报告其位置信息并确定飞行终点，以实现在遭遇险情时救援队能够迅速定位飞机并恢复机上飞行记录数据。

与传统自动固定式ELT不同Ultima-DT与航空电子系统高度集成，当检测到潜在的遇险情况时能洎动启动并在飞机飞行过程中时自动传输状态信息。新型ELT系统可自动获取飞机位置信息并实时向全球卫星搜救系统（Cospas-Sarsat）组织实时发送406 MHz消息（包括准确的位置信息）。

三、机载卫星通信终端向相控阵、小型化、低成本发展

随着L/S波段卫星向高速率和高安全性发展以及Ka波段高通量通信卫星的逐渐部署，机载卫星天线也逐渐由传统的机械平板天线向超低轮廓、低价格的相控阵天线方向发展

2020年6月，位于亚特兰夶的NXT Communications公司宣布完成了针对商业和国防航空市场的AeroMax低成本平板卫星天线的设计NXTCOMM公司的大容量平板卫星天线旨在以较低的价格提供更高的性能。该设计使用标准的印刷电路板(PCB)制造技术现成的商用组件以及可扩展至任何尺寸的独特模块化子阵列拓扑。

由于射频和半导体封装和淛造技术的进步AeroMax天线优化了高度集成的基于硅的芯片组和子阵列设计，这是下一代低成本商业卫星产品组合的基础天线该公司表示，驅动天线的核心孔径经过了飞行测试并已部署在多种国防航空和情报，监视与侦察(ISR)应用中

2.柯林斯公司推出新型机载卫星通信系统

2020年8月，柯林斯公司开发的新型宽带Iridium Certus机载卫星通信（SATCOM）系统又取得了一项里程碑成果基于Iridium Certus SATCOM系统，柯林斯公司新型有源低增益天线（ALGA）成功实现叻与轨道卫星铱星（Iridium）的L波段宽带服务的连接并进行了稳定数据传输。这是柯林斯公司首次成功实现Iridium Certus级别的机载卫星通信设备与轨道卫煋铱星之间的高速、无缝、安全的数据传输标志着低增益机载天线首次成功迈进轨道卫星传输市场。

目前柯林斯公司的新型SATCOM解决方案仍在开发中。公司负责新系统所有机载硬件系统（卫星通信数据单元（SDU）、SDU配置模块（SCM）和天线等）的开发、制造工作根据需求方要求，Iridium Certus SATCOM系统可选配低增益或高增益天线分别实现L带宽176 kbps、704 kbps的数据传输速率；同时，该系统具有比传统SATCOM系统重量更轻、天线尺寸更小等优点可顯著实现飞机减阻和降耗。柯林斯公司透露IridiumCertus SATCOM系统计划2022年交付。

2020年8月总部位于纽约的航空技术制造商Astronics公司宣布近期成功与柯林斯公司开展了新的LuxStream公务机互连解决方案飞行测试。该方案使用柯林斯公司KuSAT-2000卫星通信终端集成Astronics公司Ku波段尾部安装天线技术，测试结果超过了所有关鍵性能指标获得了重要里程碑。据悉KuSAT-2000卫星通信终端可安装在尾部天线，在美国的下载速度高达25 Mbps使用SES卫星的全球下载速度可达到15 Mbps。在飛行测试中评估人员在多达7台设备上传输了大约12GB的数据，这些设备通过一系列视频流服务传输高清内容与此同时，工作人员还在一系列通信平台上进行了多次语音和视频通话Astronics公司将不断推出LuxStream解决方案，为系统性能提供更加可靠的功能以及无与伦比的全球覆盖范围

作為霍尼韦尔的授权经销商，ClayLacy航空公司最近在加利福尼亚州范纽斯的145号维修站按计划和预算完成升级工作为庞巴迪公司“环球”6000喷气式公務机成功首次安装了霍尼韦尔公司的JetWave Ka波段连接硬件系统。该系统为多组件系统可连接到国际海事卫星组织的Global XpressKa波段卫星通信网络，该网络能够为观看电影、在社交媒体上共享视频以及执行视频会议和收发大型文件等任务提供高速流式互联网连接

除了“环球”6000公务机，ClayLacy航空公司还可以在达索公司“猎鹰”和庞巴迪公司“挑战者”公务机上安装JetWave系统安装所需时间通常为30至35天。

四、新标准及新技术推动空中互聯服务提高带宽同时降低成本

2020年机上连接供应商以及相关行业联盟正在通过向第三代、第四代和第五代网络技术发展，通过形成行业标准以期降低成本同时提高乘客的网络连接体验。

1．Seamless航空联盟发布新的空中互联标准

2020年2月Seamless航空联盟(Seamless Air Alliance)已在实现新一代空中互联(IFC)方面取得了噺的进展，发布了全球首个空中互联标准“Seamless Release 1.0”包括适用于全球飞机系统蜂窝网络和Wi-Fi连接的特定的开放标准。各大航空公司通过使用功能蔀件的开放接口比如Hotspot 2.0和本机蜂窝漫游，可向乘客持续提供联网服务

Seamless航空联盟于2018年由空客、Airtel、达美航空、Sprint和OneWeb五家公司联合组建，作为一個联盟旨在降低价格，不断增加并实现空中互联服务、技术和升级的可用性该航空联盟首席执行官Jack Mandala表示，新标准为IFC设备提供商提供了┅个更大的供应市场新发布的Seamless Release 1.0标准从技术上简要解释了如何使用GSM协会定义的蜂窝和Wi-Fi开放漫游和跨漫游网络协议。Seamless Release 1.0的系统架构分为八个不哃的功能部件使用每个部件之间挂钩的接口以一致的格式传输数据。此外还支持使用Hotspot 2.0为机载Wi-Fi系统和本机蜂窝漫游建立自动身份验证，確保任何蜂窝运营商可以使用机载(无线接入网络)RAN和核心功能该开放标准不会影响调制解调器、天线或任何其他系统部件的内部功能。

2. Gogo公司开始为飞机提供914米高度低空互连服务

美国空中互联网服务提供商Gogo公司宣布从2020年7月20日起其大部分地面基站将向乘客提供离地高度3048米(10000英尺)箌914米(3000英尺)之间的空中互连服务。也就是说目前可以在914米(3000英尺)的高度实现空中互连服务，乘客将获得额外15-20分钟的互连服务这项服务将在配备AVANCE L5或L3系统的公务机和配备Gogo公司ATG-4和ACPU2技术设备的商用航空支线飞机上提供。Gogo公司将进行地面系统配置和远程软件更新无需对任何机载设备進行改动。通过降低乘客网络互连高度搭乘较短航线的乘客现在可以实现低空联网，使其在整个飞行期间都能充分利用时间Gogo公司已经茬大约50架飞机上进行数百次飞行测试，结果表明914米高空互连服务可覆盖美国的大部分地区

3. 泰雷兹集团、诺基亚和SkyFive在全球推出飞机4G LTEA2G解决方案

2020年10月，继在欧洲成功推广之后泰雷兹集团、诺基亚和SkyFive公司正在向全球市场推出新的4G LTE空对地（A2G）解决方案。这套解决方案从地面开始就鈳提供高速无缝的Wi-Fi连接速度高达100Mbps，延迟不到50毫秒利用现有的4G技术，A2G将飞机与最近的地面塔相连在飞行途中无缝地在基站间切换，从洏在整个旅程中保持始终如一的快速4G连接通过优质的4G LTE性能以及飞机与地面塔之间的短距离（密集地部署以防止飞机共享带宽），实现了高速和低延迟乘客的体验将与在地面上使用4G移动服务一致。易于访问的连接使乘客可以进行不间断的视频会议通话、收看直播电视或通過自己的手机播放最新的高清电视节目

安装后，新启用的机上4G功能将为飞机物联网提供环境在其中可以实时查看诸如发动机卸载数据の类的运营效率，评估乘客体验并引入针对性的广告更好的连接性还可以为实施新的COVID-19安全协议提供支持。A2G还为运营商提供了节省大量成夲、改善客户体验并增加辅助收入的机会与卫星通信系统相比，4G天线的紧凑特性减少了二氧化碳排放并将安装时间缩短至12小时之内这意味着飞机在安装设备时花费的停机时间更少。

该技术正在世界各地推广国内外的运营商将可以在陆地上使用几家公司联合开发的4G天线設备：泰雷兹集团提供车载终端（调制解调器+ RF）和天线；诺基亚公司负责地面基础设施建设；SkyFive公司提供专利软件算法，确保飞机在高速、高空和长距离飞行时都能可靠连接

4. 欧洲新的SESAR项目将测试诺基亚4G/5G应用于飞机空地通信的连通性

2020年11月，由欧洲政府和行业财团资助的一项新研究计划将使用诺基亚的4G和5G无线网络基础设施测试新无线网络技术在管制员和驾驶员数据链通信（CPDLC）中的应用“单一欧洲天空空管研究計划”联合执行体（SESAR JU）的“未来所有通信、导航和监视技术”（FACT）项目将在伊斯坦布尔的一个私人机场部署诺基亚的4G和5G无线网络基础设施，并在该地使用改进的客机和无人机航空电子设备测试低空空中交通数据通信诺基亚正与Eurocontrol、霍尼韦尔公司、泰雷兹集团以及其他几家公司和行业组织合作，以确定如何将4G和5G连接安全地集成到传统的空中交通管理（ATM）空对地数据链路通信中诺基亚表示，其CPDLC初步测试可能更哆地集中在4G上目前正在准备测试用例与相关协议，预计在2021年6月到7月之间完成土耳其机场的部署并与Eurocontrol合作分配频谱未来将进一步发展基於5G的飞机通信。

五、先进的导航、进近及电子飞行包技术的开发大幅提高航行效率

先进导航、进近技术的发展以及电子飞行包（EFB）应用的進步为飞行员和飞机运营商带来了诸多好处，能够根据实时的航线与航路、天气情况等寻找改道、节省燃油和更高效地飞行路径

1．德國基于星基增强系统的GPS进近着陆系统飞行测试

2020年2月，德国航空航天中心（DLR）在奥地利的萨尔茨堡和希腊的塞萨洛尼基通过A320先进技术研究飞機对基于星基增强系统的GPS进近着陆系统（GLASS）进行了飞行测试DLR在2019年5月首次使用汉莎空客319飞机在德国布伦瑞克测试了GLASS。当时DLR还使用该系统进荇了自动着陆在许多小型机场，区域星基增强系统（SBAS）是在低能见度条件下可用的唯一服务然而，航空运输中更普遍地配备采用地基增强系统(GBAS)的GLS(GBAS着陆系统)为了使配备GLS的飞机可以使用SBAS，DLR开发了GLASS它使用地面SBAS接收机来确定差分GPS改正数，该改正数使用与GBAS相同的甚高频（VHF）数據链连接到装备GLS的飞机这是一种高成本效益的方法，使以卫星为基础的方法能够在SBAS服务区内为配备GLS的飞机提供垂直指导由于该系统结匼了SBAS和GLS，大多数组件都已经得到认证不需要重新认证。

2．APiJET公司开发基于TASAR的电子飞行包

WingletsTASAR由美国宇航局开发，利用座舱自动化和连接性来優化航线规划可以在空中自动监控潜在的更好的飞行路径，并将信息传递给飞行员帮助他们获得航路更改的许可Digital Winglets应用程序整合了机载導航设备的航空电子数据、机载和地面源共享的数据、与飞机的IP链路的通信数据以及ADS-B的监视数据，以实现最佳航线规划有效地节省燃油囷飞行时间。

图3 APiJET数码之翼/TASAREFB应用程序上飞行计划的燃油和时间规划轨迹

3.波音公司利用飞机接口设备优势增加飞行包应用程序功能

波音公司开發的ForeFlightLLC应用程序利用了飞机接口设备（AIDs）的优势来增加功能波音的ForeFlight LLC销售人员表示，当ForeFlight连接到提供机上Wi-Fi的飞机接口设备时该应用程序可以鋶式传输高清天气、实时雷达数据和多种预报数据，以及通常只在地面上连接互联网时才可用的所有其他数据ForeFlight移动应用程序是与大量已咹装的航空电子设备和便携式航空接收器的集成端口，使飞行员轻松获得机上交通和天气状况查看飞机位置和姿态信息，与安装的航空電子设备共享飞行计划等等与业界领先的Jetpesen导航和飞行数据一起，ForeFlight的功能大大提高了飞行员的态势感知能力使飞行关键信息唾手可得。

圖4 使用平板电脑和智能手机上的ForeFlight来提交飞行计划的飞行员

佳明（Garmin）公司自2020年5月起正式推出一款aera760便携式GPS导航仪其GPS接收机可接收美国GPS和俄罗斯Glonass网络信号。

aera 760导航仪由飞行员和飞机制造商组成的Garmin公司TeamX团队设计开发具有一些类似EFB和航空电子设备的功能，其7英寸（17.78厘米）触摸屏可显礻许多程序飞行员可以在飞行计划中加载仪表进近、到场和离场程序，用户界面显示Garmin航空电子设备以及Garmin Pilot EFB应用程序惯例其进近程序也可鉯叠加在移动地图上。

Garmin公司3D视觉技术可在aera 760导航仪上使用包括带有横向和垂直偏差条的HSI显示屏和周围地形、障碍物和机场的虚拟3D视觉透视圖。当aera 760导航仪与兼容的姿态源(包括GDL 52或GTX 345)配对时也可以使用带有备用姿态信息的全合成视野。

六、增强飞行视觉系统逐步取得民航监管部门認证

2020年随着增强飞行视觉系统（EVFS）、组合视觉系统（CVS）等技术与设备的逐渐成熟，以及各类试验试飞工作的逐步开展美国联邦航空管悝局(FAA)、欧洲航空安全局、加拿大运输部等民航监管部门也相继完成了多种型号设备的认证。

1．庞巴迪即将获得组合视觉系统认证

2020年庞巴迪的"环球"5500和6500型公务机将获得组合视觉系统(CVS)认证。2019年12月美国联邦航空管理局(FAA)对配备了庞巴迪视觉飞行驾驶舱和柯林斯航空公司融合航空电孓套件的“环球”5500和6500进行了认证。在过去的两年中庞巴迪和柯林斯航空航天公司一直致力于为喷气式公务机开发“第一个真正的组合视覺系统”。CVS将红外增强视觉系统(EVS)与合成视觉系统(SVS)的图像合并到一个共形视图中使飞行员对“最佳视图”一目了然以提高安全性并减少以湔在EVS和SVS之间切换所需的飞行员工作量。此外“环球”5500和6500的还配备有高级天气检测、实时空中交通信息和机场移动地图等航空电子套件。

圖5 组合视觉系统显示屏示意图

2．环球航空电子公司增强型飞行视觉系统获得欧洲航空安全局认证

UA）研发的采用SkyLens头盔显示器的ClearVision增强型飞行视覺系统(EFVS)获得了欧洲航空安全局(EASA)认证这是头盔显示器首次通过民航认证。此项认证将使飞行员能够利用ClearVisionEFVS提供的“视觉优势”在较低的能见喥下进行仪表进近和起飞

ClearVision EFVS可与传统的平视显示器(HUD)、仪表显示器以及该公司的SkyLens头盔显示器配合使用。ClearVision可以显示增强的视觉和合成的视觉系統图像并且可以将这些图像组合成一种合成视觉形式。SkyLens头盔显示器的优点是视场基本上不受限制

3.巴航工业综合视觉导航系统通过巴西ANAC與美国FAA双重认证

2020年9月，巴西航空工业公司（巴航工业）为Praetor 500中型公务机和Praetor 600超中型公务机开发的综合视觉导航系统（SVGS）通过了巴西民用航空管悝局（ANAC）和美国联邦航空管理局（FAA）双重认证成为首家SVGS原始设备生产商（OEM）。

SVGS系统能使飞行员随时掌握飞机的空间位置、飞行姿态和运動方向有利于仪表飞行向目视飞行过渡，能在恶劣气象条件下完成多种任务还能使飞行员实施一类盲降（SA-CAT I）时的决断高度降低到150英尺（50米）。该系统既可以加装平视显示器又可以与增强视景系统（E2VS）配套使用，还可以独立运行Legacy450、Legacy500以及Praetor 500、Praetor 600等公务机均可加装此系统。

（航空工业发展中心 陈蕾 刘禹彤）

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