航空电（diàn）子是指飞机上所有电子系统（tǒng）的总和。一个最（zuì）基本的航空电子系（xì）统由（yóu）通信、导航和显（xiǎn）示管理等多个系统构（gòu）成。航空电子设备（bèi）种类众多，针对不（bú）同用途（tú），这些（xiē）设备从最简单的警用直（zhí）升机上的（de）探照灯（dēng）到复杂如空中预警平（píng）台无所不包（bāo）。航空电子研（yán）究正以惊（jīng）人的速（sù）度改（gǎi）变着（zhe）航空（kōng）航天（tiān）技术。起初，航空电子设备只是一架飞（fēi）机的附属系统；而如今，许多飞机存在的唯一目的即为搭（dā）载这些设备。军用飞机正日益成为（wéi）一种集成了（le）各种强（qiáng）大而敏感（gǎn）的（de）传感器的战斗平台。
历史
在上世纪（jì）70年代之前，航空（kōng）电子(Avionics)这个词还没有（yǒu）出现。那时，航空仪表，无线（xiàn）电（diàn），雷达，燃油（yóu）系统，引擎控（kòng）制以及无线（xiàn）电导航都是（shì）单独的，并且大部分时（shí）候属于（yú）机械系（xì）統（tǒng）。航空电子诞生于20世纪70年代。伴随着电子工业走向一体化，航空电子市（shì）场（chǎng）蓬勃发展起来。在70年代早期，全世界90％以上的半导体（tǐ）产（chǎn）品应用在军用飞机上。到（dào）了90年代，这个比例已不足1％。从70年（nián）代末开始（shǐ），航空电子已逐渐（jiàn）成为飞机设（shè）计中一个部门。推动航电技（jì）术发（fā）展的主要（yào）动力来源（yuán）于冷战时期（qī）的军事需要而非民用领域。数量庞大的飞机变（biàn）成了会飞（fēi）的（de）传（chuán）感（gǎn）器（qì）平台，如何使（shǐ）如（rú）此众多的传感器协（xié）同工（gōng）作（zuò）也成为了一个（gè）新的难题。时至（zhì）今日，航电已成（chéng）为军机研（yán）发预算中最大的（de）部分。粗略地（dì）估（gū）计一下，F-15E、F-14有80％的预（yù）算花在了航电系统上。航空电子（zǐ）在民用市（shì）场也正在获得巨大的成长。飞行控制系统（tǒng）（线传飞控），苛刻空域条件带来的新导航需求也促使开发（fā）成本相应上涨。随着越（yuè）来越多的（de）人将（jiāng）飞机作为自己（jǐ）出（chū）行的首要（yào）交通工具，人们（men）也（yě）不断开发出更为精（jīng）细的控制技术来保证飞机在有限的空（kōng）域环境下（xià）的安（ān）全性。同时，民机天然（rán）要求（qiú）将所有（yǒu）的航电系统都限制在驾驶仓内，从而使民机在预算（suàn）和开（kāi）发方面第一次影响到军事领域。
设（shè）计约束
飞机上的任何设备（bèi）都必须（xū）满足（zú）一系列苛（kē）刻（kè）的设计约（yuē）束。 飞（fēi）机（jī）所面临的电子环境是独特的，有（yǒu）时甚至是高度复杂的。制（zhì）造任何飞机都面（miàn）临（lín）许多（duō）昂贵（guì），耗时，麻烦（fán）和困难（nán）的方面，而适航性认（rèn）证则是其中（zhōng）之一。随着飞机及机组人员愈（yù）来愈依赖于航（háng）电系统，这些系（xì）统（tǒng）的健（jiàn）壮性（xìng）便（biàn）变（biàn）得非常重要了。建造航空（kōng）电子系（xì）统的一（yī）个必要（yào）因素就是要求（qiú）飞（fēi）行控制系统在任何时候都不能失效。然而，飞机上任何一种系（xì）统（tǒng）都对健（jiàn）壮性有一定程（chéng）度的要求。
集成
从航空电子工业的发轫时期开（kāi）始（shǐ），如何将及其（qí）众多的电子系统（tǒng）连接起来，密切（qiē）有效（xiào）地使用各种（zhǒng）信息就是一个令人头疼（téng）的问（wèn）题（tí）。当（dāng）初（chū）如何在（zài）离散数据线上传（chuán）递（dì）开关变量的简单问题，而今已演化（huà）为（wéi）如何协（xié）调光线数据总线上传递的飞行控制数据的繁杂（zá）问题。空前复（fù）杂的软件也被用以应付空前苛刻的航（háng）空标（biāo）准。 在今（jīn）天（tiān），系统集成（chéng）已成为飞机工（gōng）程师们所面临的最（zuì）大问题。不管（guǎn）一（yī）架飞机如何小，一定程度的集成也是必（bì）不可少的（例（lì）如电力供应）。大型飞机（jī）项（xiàng）目（像军用及民用）经常需要数百名工程师来集（jí）成这些复杂系统。
物理（lǐ）环（huán）境
飞（fēi）行环境不同，系统用（yòng）途各异。某些（xiē）系统需要比其他（tā）更为健壮。今天所有的航空（kōng）电子系统都需要通过特（tè）定水平的（de）环（huán）境（jìng）测试。所以鲁（lǔ）棒性设（shè）计日益重（chóng）要。测试的（de）形式多（duō）种多样（yàng），许多飞机生产商更会预先（xiān）规（guī）定如何测试。随着航（háng）电设备的广泛（fàn）应用，各种（zhǒng）适（shì）航认证（如英国的CAA或美国的FAA）制定了这些设备必须满（mǎn）足的性（xìng）能（néng）标（biāo）准。制（zhì）造商们则在此（cǐ）基础（chǔ）上制定了这些（xiē）设备必（bì）须满足（zú）的环境标准（zhǔn）。这些标准（zhǔn）规定了航电制（zhì）造商所（suǒ）必须遵（zūn）循的飞机零件测试方法及等级。例如盐（yán）水喷射，防水性，模（mó）具成长，以及外部污渍之类的（de）测试。 目（mù）前提供给制造商（shāng）的（de）这（zhè）类航（háng）电标准有BS 3G 100, MIL-STD-810, DEF STAN 00-35等等。在进行每一项单独测（cè）试（shì）前，我（wǒ）们首（shǒu）先得（dé）评估其是（shì）否适用（yòng）。例（lì）如，盐水喷射测（cè）试对装在密封架内的设备就没有什（shí）么必要。制造商们通过（guò）交叉引用这些标准，维护测试等级，经常会（huì）生成更为通（tōng）用的需求。这些需求并不规定（dìng）性能，而（ér）是对设备的操（cāo）作（zuò）环境的一种描述。
电磁兼容性
众所周知，EEE, 电磁兼容性(EMC)是一项评估电力（lì）电子系统相互（hù）影响的活动。在飞机世界里，电磁兼容性可（kě）导致各（gè）种（zhǒng）各样的问题。飞机及其设备（bèi）一般使用（yòng）测（cè）试范围更（gèng）广的特（tè）定（dìng）标准（zhǔn），如DEF Stan 59-41, MIL-STD-464等（děng）。
振动
即使是最平稳的（de）飞机（如民（mín）航（háng）干（gàn）线飞机），振动（dòng）也是一（yī）个非常严重的问题，对可靠（kào）性影响很大。更不用说像（xiàng）直升（shēng）机那样颠（diān）簸的（de）飞机，振动已（yǐ）成为设（shè）计中最（zuì）主要的（de）驱动因（yīn）素。虽（suī）然有一些（xiē）针对振（zhèn）动问题的飞机标准（zhǔn），但（dàn）许多（duō）设计（jì）者们并（bìng）没有意识到它们。共振问题对（duì）于每一架出厂飞机固（gù）然不同，更（gèng）不用说对不同型号的飞机了。
系统安全性
飞机（jī）上的（de）所有零部（bù）件都（dōu）要定期（qī）接收系统安全性分析。在航电领域，这项工作主要是由各个国（guó）家的适航认证（zhèng）部门来执行（háng）的。对于民机（jī），总是由FAA或者EASA(JAA)来认证其安全性（xìng）。对于军（jun1）机（jī），虽然也有一些世界（jiè）标准，但大部分军机买方认证执（zhí）行的是当（dāng）地（dì）标准（如DEF Stan 00-56)。在飞机设计中，安全性设计一般表述为可靠性及耐用性，极大地影响（xiǎng）着飞机设计方法。任何（hé）应用于（yú）航（háng）电系（xì）统的软件（jiàn）都（dōu）要接受严格的安（ān）全（quán）性审（shěn）查。
质量
航空电（diàn）子设备的（de）采购（gòu）在全球范围内已被少数几大巨（jù）头所垄（lǒng）断（duàn）。通过（guò）提（tí）供“盒装部件”，即所谓（wèi）的LRU（航线可更（gèng）换组件），打包，测试以及配置管理等活动，他们几乎（hū）垄（lǒng）断了整个航空电子产业。 对于（yú）任何工业领域，质量控（kòng）制都是一个非常重要（yào）的部（bù）分。而在航空领域，航（háng）电产品供货商则可能毁了整个方案（àn）（参看波音Chinook事件）。如今ISO 9001所颁布（bù）的质量标准（zhǔn）虽然（rán）已被主要工业（yè）所采用，而主要的飞机制（zhì）造商对于他（tā）们所交付的文档（dàng）和硬件还有更（gèng）为严格（gé）的标准（zhǔn）。人（rén）们经常说飞机（jī）不是依（yī）靠燃油飞行，而（ér）是依（yī）靠文档工作来飞行。因为任何（hé）一个LRU（一个（gè）无线电设备或（huò）仪器（qì））都要产生大（dà）量的文档。
主（zhǔ）要领域
如同电子（zǐ）学（xué）一（yī）样，航（háng）空电子学是个（gè）庞大的学（xué）科，对其简单分类很不容（róng）易。下文试图介绍一（yī）些感兴趣的（de）领域（yù），由此（cǐ）你可（kě）以深入研（yán）究它们。
飞机电子系统
在任何（hé）飞机（jī）上，驾驶舱都处（chù）于航电系统中最（zuì）显著的（de）位置。这也是最困难和最有（yǒu）争（zhēng）议的问题。所（suǒ）有可以直接控制飞（fēi）机安全飞行的系统都可以由（yóu）飞行员直接（jiē）控制。那些对飞机安全性很关键的（de）系（xì）统也（yě）都（dōu）指向航电系统（tǒng）。
通信系统
也许是航电系统中最先（xiān）出（chū）现的，飞（fēi）机和地面（miàn）的通信能力（lì）从（cóng）一（yī）开始就是至关重要的。远程通（tōng）信爆发式（shì）的增长意味着飞机（民机和军机）必须携带着一大堆（duī）的通信设（shè）备。其中（zhōng）一（yī）小（xiǎo）部（bù）分提供了（le）关乎乘客安全的（de）空地（dì）通信系统。机载通信（xìn）是由公共地（dì）址系统和飞机（jī）交互通（tōng）信（xìn）提供的。
导航系统
本文所关注的导航（háng）其含义为如何（hé）确定地球表明以上的位置（zhì）和方向。在通信系统（tǒng）出现不久，飞行能力（lì）就受限于上述（shù）这些（xiē）条件了。从早期开始，为（wéi）了飞行安全性（xìng），人们（men）就开发出导航（háng）传感器来帮助（zhù）飞行员（yuán）。除了（le）通信设备，飞机上（shàng）现在又安装（zhuāng）了一大堆无线电导航（háng）设备。
显示（shì）系统
航电系统（tǒng）的（de）独立出（chū）现是紧（jǐn）随（suí）这（zhè）些功能的集成工作之后的。很早之前（qián），生产（chǎn）商们就努（nǔ）力开发（fā）更可靠和更好的系统来显示关键的飞行信息。真正的玻璃（lí）驾驶仓（cāng）是在最近（jìn）5年才（cái）出现（xiàn）的。LCD或者CRT经常会倒退回传统的仪（yí）表。如今，LCD显示的可（kě）靠性（xìng）已足以让“玻璃”显示成（chéng）为关键备份（fèn）。但这只是表（biǎo）面因素。显示系统（tǒng）负责检查关键（jiàn）的传感器数据，这些（xiē）数据能让飞（fēi）机在严苛的环境（jìng）里（lǐ）安全（quán）的（de）飞行。显示软件是以飞行控制软件（jiàn）同样的要求开发出来（lái）的，他们对（duì）飞行员同等重要。这些显示（shì）系统以（yǐ）多（duō）种方（fāng）式确定高度和（hé）方位，并安全方便地（dì）将这些数（shù）据（jù）提供给机组（zǔ）人（rén）员。
飞行控制（zhì）系统
多（duō）年（nián）来，平直翼飞机和直升机（jī）的（de）自动控制飞行（háng）的方式（shì）是不同的（de）。这（zhè）些自动驾驶（shǐ）系统在大部分时间（jiān）里（比如巡（xún）航或直升机（jī）悬停时）减少了飞行员的工作负荷和可能出现的失误。第一个简单的自动驾驶仪用于控（kòng）制高度及方向，它（tā）可以（yǐ）有限地（dì）操控（kòng）一些东西，如发动机推力和机翼舵面。在直升（shēng）机上（shàng），自动稳定仪起同样（yàng）的作用。直到最近，这（zhè）些老系（xì）统（tǒng）仍自然而然地利用电（diàn）子机（jī）械。
防撞系（xì）统
为了增强空中交（jiāo）通管制，大（dà）型运输机和略小些的（de）使用空中防撞（zhuàng）系统 (Traffic Alert and Collision Avoidance System 交通警告及（jí）防撞系（xì）统)，它可以检测出附近的其他飞机，并提供防止空中相（xiàng）撞的指（zhǐ）令（lìng）。小飞（fēi）机（jī）也许会使用简单一些的空中警告系统，如TPAS，他（tā）们以一种（zhǒng）被动（dòng）方式（shì）工作，不会主动（dòng）询（xún）问其（qí）他飞机（jī）的异频雷达收发器信号，也不提（tí）供（gòng）解决冲（chōng）撞的建议。为了（le）防止和地面相撞，飞机上安装了（le）诸如近地警告系统(GPWS, Ground Proximity Warning System),这种系（xì）统通常（cháng）含有一个（gè）雷达（dá）测高计。新的系统使（shǐ）用gps和地形和障碍物数据（jù）库为轻型飞机提供同样的功能。
气象雷达
气象（xiàng）系（xì）统如气象（xiàng）雷达（典型（xíng）如商用（yòng）飞（fēi）机上的ARINC 708)和（hé）闪电探（tàn）测器对（duì）于夜间飞行或者（zhě）指（zhǐ）令（lìng）指挥（huī）飞行非常重（chóng）要（yào），因为此时飞行员无法看到（dào）前方的气象条（tiáo）件。暴（bào）雨（雷达可（kě）感知）或闪电都意味着强烈的（de）对流和（hé）湍流，而气象系（xì）统则可以使飞行员绕过（guò）这些（xiē）区域。在最近，驾驶舱气象系统有了三项最重（chóng）要的改（gǎi）革。首（shǒu）先，这些设备（尤其是闪电探测器如（rú）Stormscope或（huò）Strikefinder）已便（biàn）宜了很多，甚至可（kě）以装备在（zài）小型（xíng）飞机上了。其次，除了传统雷达和闪（shǎn）电探测器，通过连接卫星（xīng）数据，飞（fēi）行（háng）员可以获得远超过机载（zǎi）系统本身能力的雷（léi）达气象图像。最（zuì）后（hòu），现代显示系统可以（yǐ）将（jiāng）气象信（xìn）息和移动地图，地（dì）形，交通（tōng）等信息（xī）集成在一（yī）个屏幕上（shàng），大（dà）大方便了（le）飞行。
飞机管理系统
飞行管（guǎn）理系统出现在20世纪70年代，在原有的自（zì）动（dòng）导航及通信控制及其他（tā）电子系统的技术上发展起来的。柯（kē）林斯（sī）(Collins)和霍尼韦尔(Honeywell)公司（sī）分别在其参与（yǔ）研发的（de）麦道和波音（yīn）飞机（jī）上率（lǜ）先引入（rù）集成（chéng）的飞行管理（lǐ）系统（tǒng）。随着技术的进步，飞行（háng）管理系（xì）统的（de）重要性不断提（tí）高，成为飞机上最重（chóng）要的人机交互接（jiē）口。集成了飞飞行控制计算机，导航（háng）及性能计（jì）算等功能。中（zhōng）央（yāng）计算（suàn）机加上显示和飞行控（kòng）制系统，这三个核（hé）心系统使飞机上的所有系统（不仅仅是航电系（xì）统）更易于（yú）维（wéi）护，更（gèng）易于飞行，更安全。引擎（qíng）的监控和管理（lǐ）很早就在飞（fēi）机地面维护方面取得了一定进展（zhǎn）。如今这种监（jiān）控（kòng）管（guǎn）理已经最终延伸到飞机上的（de）所有系统，并且（qiě）延长了这些系统和（hé）零部件的寿（shòu）命（同时降低了成本）。集成了健（jiàn）康及使用状况监控（kòng）系统（HUMS，Health and Usage Monitor Systems）后，飞机管理计算机（jī）就可以（yǐ）及时报告那些（xiē）需要（yào）更换的零件。有了飞机管理计算（suàn）机或者飞行管理系（xì）统（tǒng），机组人员就再也用不着一（yī）张张地图和（hé）复杂的公式了。再（zài）加上数（shù）字飞行公文包，机（jī）组（zǔ）人员可以管理到（dào）小至每一个铆（mǎo）钉的任何（hé）方面。虽然（rán）航电（diàn）设备制造商提供了飞（fēi）行管理系统，不过目前（qián）还是（shì）倾向（xiàng）于由（yóu）飞机制造商（shāng）提供飞机（jī）管理和健康及使用状况监（jiān）控系统。因为这些软件依赖于（yú）它们（men）装载在何种飞机上。
战术任（rèn）务系（xì）统
航空电子的主要发展方向已转向“驾驶舱（cāng）背后”。军用飞机（jī）或者是用来发射武器，或者是变成其他武器系统（tǒng）的眼（yǎn）睛和耳朵。缘于战术（shù）需要，大堆的（de）传感器装在军用（yòng）飞（fēi）机上。更大的会飞（fēi）的传（chuán）感器平台（如E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1)除了（le）飞机管（guǎn）理系（xì）统，还会（huì）安装任务管理系（xì）统。随着（zhe）精巧的军用传感（gǎn）器的广泛应（yīng）用，它（tā）们（men）已变（biàn）得无所不在，甚至（zhì）已流入军火黑（hēi）市。警（jǐng）用飞（fēi）机和电子（zǐ）侦（zhēn）察（chá）机如（rú）今则携带（dài）着更为精密的战术传感器（qì）。
军用通信系统
民机通信系统为安全飞行提供（gòng）了骨（gǔ）干支持，而军用通信系统则主要（yào）用（yòng）于适应严酷的战场环境。军（jun1）用极高（gāo）频（UHF）, 甚高（gāo）频(VHF)（30－88Mz）通信（xìn）和使（shǐ）用ECCM方法的卫星通信，再加上密码学，一起构成了战场上安全的通信（xìn）环境。数据链系统（tǒng），如Link 11, 16, 22和BOWMAN, JTRS, 甚至是（shì）TETRA提供了（le）数（shù）据（jù）（如图（tú）像，目标（biāo）信（xìn）息等）传输（shū）方法。
雷达
空中雷达（dá）是主要（yào）的作战传感器之一。它和其地（dì）面基站一起，如今（jīn）已发展得非常复杂。空（kōng）中（zhōng）雷达最引（yǐn）人注目（mù）的一个变化就是可（kě）以在超（chāo）远距离内（nèi）提供高度信息。这类雷达从早期预警雷达(AEW)，反潜雷达(ASW)，一直（zhí）到（dào）气象雷达(ARINC 708)和近地雷（léi）达（dá）。军用雷（léi）达有（yǒu）时用来帮助高速喷气飞机低空飞行。虽（suī）然民用市场上的（de）气象雷达偶尔也作此用，但都有严格的限制（zhì）。
声纳
声纳是紧随着雷达出现的（de）。好多（duō）军用直升机上安装了探水声（shēng）纳，他们（men）可（kě）以保护舰（jiàn）队（duì）免遭来自潜艇和（hé）水面（miàn）敌（dí）舰的攻击（jī）。水（shuǐ）上支援（yuán）飞（fēi）机可以释放（fàng）主（zhǔ）动或被动式声纳（nà）浮标，他们也用以（yǐ）确定（dìng）敌方潜（qián）水艇的位置。
光电系统
光电系统覆（fù）盖的设备范围（wéi）很（hěn）广，其中包括前视红外系统（Forward Looking Infrared）和被（bèi）动式红外设备 （Passive Infrared Device, PIDS）。这些设（shè）备都可（kě）以给（gěi）机组（zǔ）提供红（hóng）外图像。这些图像可以获得更（gèng）好（hǎo）的目（mù）标分辨（biàn）率，从而用于一（yī）切（qiē）搜救活动。
电子预警
电子支援（ESM, Electronic Support Measure)以及防御支（zhī）援(DAS, Defensive Aids)常用于搜集威胁物或潜在威胁物的信息。它们最终用于发射（shè）武器（有时是自动发射）直接（jiē）攻击敌机（jī）。他们有时也用（yòng）以（yǐ）确认威胁物的（de）状态，甚至是（shì）辨识（shí）它（tā）们。
机载网络
不管是军用（yòng）的，商（shāng）用（yòng）的，还是民（mín）用先进机型的（de）电子系（xì）统都是通过航（háng）空电子总线相互连（lián）接起（qǐ）来的。这些网络在（zài）功能上和家用电脑网络十分相似，然而在通讯和电子协议上区别很（hěn）大。下面简要列（liè）出最常见的航空电子总线（xiàn）协议及其主要应（yīng）用（yòng）：
Aircraft Data Network (ADN): 飞机数（shù）据网络
AFDX: 商用飞机上 ARINC 664 的特定实现
ARINC 429: 商用飞机
ARINC 664: 参照上述ADN
ARINC 629: 商用飞机(波音 777)
ARINC 708: 商用飞机上的气象雷（léi）达
ARINC 717: 商（shāng）用飞机上的飞行数据记录仪
MIL-STD-1553: 军用飞（fēi）机（jī）
警用及（jí）空中救护
警用及空中救护（hù）飞机（大部分属直升机）现在已成（chéng）为一个重要（yào）的（de）市场。军机现在也常常用来帮助（zhù）应对民（mín）间（jiān）的非（fēi）暴（bào）力（lì）不（bú）合作事件（jiàn）。警用直升机几乎都安（ān）装了（le）视频或红外（wài）热成像仪（yí），这样就可以追踪嫌（xián）疑犯或任何他们感兴（xìng）趣的（de）东西。警用直升机也安装了探照灯和扩音喇叭，这和（hé）警车上的用途是一（yī）样（yàng）的。很（hěn）显然，空（kōng）中救护或急救直升机上（shàng）需（xū）要医疗（liáo）器（qì）械，而（ér）这（zhè）些（xiē）很少（shǎo）被当作航空电子设备。然而，很多急救和（hé）警用直升（shēng）机需要在一些令人不安（ān）的环境中飞行，这（zhè）就需（xū）要更多（duō）的传感器，其中一些直到最近还被认（rèn）为是纯粹（cuì）的军机（jī）设备（bèi）。（国防科（kē）技网（wǎng））
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