1、引用格式：马时平，齐韬，李兵飞 三层面分析法探究航空电子系统未来发展 电光与控制，（）：,（）：三层面分析法探究航空电子系统未来发展马时平，齐 韬，李兵飞（空军工程大学，航空工程学院；研究生院，西安；中国航空无线电电子研究所航空电子系统综合技术重点实验室，上海）摘 要：近些年来随着人工智能、信息网络等技术的成熟，航空电子系统迅速发展，关于未来航空电子系统如何应用于作战的讨论层出不穷。通过三层面分析法对航空电子系统各种创新活动进行整合，从而构建面向未来的合理且持续的方法论来研究航空电子系统领域。首先系统梳理了航空电子系统的研究背景和现状，接着深入剖析了三层面分析法模型，重点从 个层面详细分析了航
2、空电子系统的应用情况：有人机航电系统效益降低及其原因，当前航空电子系统的不断改进和两类创新归纳，未来高度自主的无人机航电主导的设想及其 个推动因素。关键词：航空电子系统；三层面分析法；自主度；无人机中图分类号：文献标志码：,（,；，,；,）：,：；引言近年来，全球多国的军工企业都在着手新一代战斗机的研究，美国正在进行的项目有下一代空中主宰（）和空中主宰（未来空战平台）。纵观新一代战机的概念方案，航电系统架构设计显得尤为突出。在新的态势下，下一代战斗机的发展趋势便是配合各种无人平台作战，并通过提高无人机的智能化收稿日期：修回日期：作者简介：马时平（），男，四川绵竹人，博士，教授。水平和开放式的系
3、统架构来提升无人平台的自主度。针对新的航电系统发展趋势，本文提出了“未来这种有人机航电系统在承担指挥中继作用的同时，是否仍要执行作战任务？”以及“当无人机航电系统发展到达一定程度，到底还需不需要有人作战平台？”两个问题。三层面分析法可以让人们对颠覆性创新有更深入的认识，更好地在现在和未来之间作出判断，从而明确创新过程。通过它可以权衡好航空电子系统当前稳定的应用效益和创新发展之间的关系，找到可以使航空电子系统保持最大作战环境应用效益的创新方向。同时创新探索过程中会出现“创造性破坏”的创新形式，因此第 卷 第 期 年 月 电 光 与 控 制 选择三层面分析法来解决以上问题。随着下一代战机关键技术的
4、不断突破，美国提出了系统簇（）的概念，并相继开展了传感器开放式系统架构（）、开放式任务系统（）、联合通用架构（）等项目，用于开发下一代航空电子系统。由于美国技术领先，同时众多国家在下一代战机的研制中均采用与 相似的概念，使得 在全世界范围内最具代表性。伴随着人工智能技术的不断成熟，未来无人机的航电系统必然高度智能和自主化，会带来相应的伦理和安全问题，目前正在推进的智能汽车和智能机器人已带来一定程度的伦理与法律方面的挑战，未来航电系统作为人工智能杀伤性武器，必然会引起社会的高度关注。人工智能杀伤性武器目前无相关法律涉及，也很少有学者从未来的角度来论述人工智能杀伤性武器。本文准备寻找出影响未来无人
5、机航空电子系统应用于作战的主要因素。三层面分析法三层面分析法提供了一个构建面向未来的合理且连贯的创新活动方法论；它不仅是一种规划工具，还提供了一个有价值的发展观点；它假设了所有的企业、技术和理论都会经历从诞生、成熟和衰落的过程，这些过程是相互迭代和转换的，这种假设为 个层次阶段活动提供了一个基础。面向未来的三层面分析法所介绍的 个层面周期不是短短的几周或者几个月，如图 所示。图 三层面分析法示意图 这 个层面随着时间的推进而不断变化，在不同的行业层面，所对应的时间跨度不同。重要的不是时间长短，而是 个结构层变化过程的不同。三层面分析法描述的 个层面是同时工作的，忽视其中任何一个都会影响增长的持
6、续性，它让未来变得更加清晰和可预测，这就可以更好地阐明一致连贯的创新和颠覆性的变革等概念。图 中，第一个层面对应的主流核心业务已经成熟，其作用效果正在衰退，第二个层面对应的创新业务在不断成熟，二者之间相互转换；第三个层面所对应的业务更能适应环境的变化，创造更大的实用价值。因此，可以通过三层面分析法来探索事物发展的本质，领略超越当下专注的创新模式。从第一个层面到第三个层面介绍此框架，如下所述。第一个层面在当前阶段是占主导地位的，它包含了对一个行业或领域的思考，与外部环境的战略契合度极高，作用效果明显，但随着环境的变化，可能使其契合度降低、影响力减弱。作为第一个层面的行业领域要保持自身的竞争力及持
7、续的战略效率，就必须不断提升自己的核心业务，激发潜力，来维持自身与环境的契合度；但是这种改进所获得的回报是有限的，根据当前的数据资料可以估算出其潜力，因此这种改进所带来的影响并不持久，只是人们的认知暂时没改变。随着它的环境契合度降低，战略效率变差，当出现一种更能适应环境变化的新概念业务，人们的视线就会转移到新业务上来，这时第一个层面核心业务的主流优势将不复存在。为了让业务的回报满足预期、更好地适应环境，就必须开展这种新概念的业务，保证行业领域的战略效率。这时，第一个层面的核心业务将正式进入衰退期，其主导地位会被替代。第二个层面是最复杂的，它需要在现有的创新和未来的可能重要创新之间做出抉择，因此
8、它是一个中间阶段，这时可能会陷入几种思维陷阱：）过于关注现状，以牺牲长期的发展换取短期利益；）创新点过多，无法辨别每个创新点的价值和影响。做出的调整无法得到验证，领域中会出现保守和激进两派，此时需要确定愿景如何变化，并不断调整，最终塑造出可以适应第三个层面的举措。第二个层面的创新主要包括持续性创新和颠覆性创新，人们总是习惯地将现在与过去相比。这导致在创新的道路上摆脱不了第一个层面，又由于选择新方向风险大，导致在选择新业务时，过于考虑第一个层面。如果在前者基础上成功扩展了新的创新，保持了行业领域的战略效益，这就形成了持续性创新。此外，如果之前实验选择的新业务成功适应外部环境并得到支持，达到相当的
9、战略效益，这就形成了颠覆性创新，为第三个层面打下基础。第三个层面是一种探索性的未来，所做的改变是实际做一些新模式、新概念的业务实验，这些新的项目须具有前景，才可减少上层决策管理者施加的阻力。在此层面的选项很多，在开展项目时必须慎重，要明确这些项目在将来演变成第二层面和第一层面业务的可能性。虽然现在有很多线索显示这些新项目在未来会怎样，鉴于当前的回报，上层决策管理者往往会将它第 卷电 光 与 控 制马时平等：三层面分析法探究航空电子系统未来发展推迟，甚至边缘化。综上，这是一个能让模糊的未来更加清晰，指导人们发现新的创新方向，并在正确的时间做出改变，做好资源分配的框架。通过 个层面的分析，管理者能
10、更好地把控创新方向，通过 个层面的共同推进，项目才可得到长期持续的高战略效率。在关键时刻必须考虑当前业务能否适应环境变化，必须终止一些过时的业务，开展新的核心业务来支撑后续发展。在行业领域中必须确保发展的举措和行为具有积极意义，才能不断获得增量的资源。三层面分析法能让人分辨两种创新，一种是改变了前往终点的方式，另一种是开创出一条新的道路，这就对应了持续性创新和颠覆性创新，这两种创新同时存在于第二层面；在寻找新方向时，三层面分析法能让辩论的过程变得更加顺畅；任何领域的长期发展都必须同时考虑 个层面的影响，每个层面的战略契合度都随时间而变化。不同层面的业务是在不断转变的，过程中会推陈出新，可以为后
11、续发展提供宝贵经验。使用三层面分析法可以促成一个行业领域现在和未来之间的对话，清晰明确其创新方向，让人们善于从 个视界层面来分析问题。用三层面分析法分析航空电子系统的未来对现阶段的航空电子系统研究进行分析，虽然提出了下一代分布式航空电子系统，并开展多个相关项目，提出了不少关键技术，但是目前大多数都是概念，只有少数技术被验证，也未确定出具体的航电系统能力，开发还处于初步验证阶段，未形成统一观点；为更好地探索未来航空电子系统发展，找出其创新方向，解决当前这种模糊的探索，可使用三层面分析法对其进行分析。为了后续更好、更深入的讨论，提出了最具颠覆性的观点：在第三个层面中，这种无人机的航空电子系统将被重
12、点发展，并承担主要作战任务，取代当前有人机航空电子系统在作战中的主导作用，并研究第一个层面中主导航空电子系统（有人机航空电子系统）会被提出的第三个层面中主导航空电子系统（无人的高度自主的航空电子系统）所替代的各种影响因素。以下是在 个层面对航空电子系统未来发展进行的具体分析。有人机航空电子系统发挥主要作用，无人机航空电子系统作用初显（第一个层面）航电系统的发展 世纪 年代，第一批航电系统采用分立式结构。每个功能都对应独立的电子设备，造成飞行员操作过程复杂，最重要的是在空间和重量上给飞机设计增加难度。到 世纪 年代，联合式航电架构被推出。各个子系统不再独立工作，通过总线使它们之间可以进行一定的数
13、据交互。世纪 年代初，进一步提出了综合式航电系统架构。进一步地集成模块化，最显著的就是外场可替换单元（），在机务维修时可以直接更换。此外，加入了新的总线提升了数据传输能力，典型的有光纤和 等。世纪末，综合模块化航电（）架构被提出，主要应用于 战机。从 世纪末至今，这一代航电系统主要采用开放式体系架构，具有标准化、通用化等特点。这种综合模块化系统摒弃了传统的分系统概念，各种功能都同时存在于每个模块中，这样就进一步简化了系统的构成。此外，系统软件具有可重构性，因其通用性高适应各种软件，大幅减少研制费用。这种架构由于通用性高，在战时机务维护时可缩短检测和维修时间，从而缩短战机出动间隔时间。随着系统智
14、能度提高，态势感知能力和系统的辅助决策能力大幅度提升。但是这些创新都是基于前人的基础而不断推进的，并没有一次性选择一条新的完全不同的道路，只是对之前系统的改进，因此以上都是基于第一个层面的持续创新。世纪 年代，无人机发展缓慢，先后的 和 的航电系统只是简单的计算机，因此未提出像有人机一样的子系统，主要用于侦察或监视敌方目标。世纪初，无人机航电系统被赋予各项新任务，新任务包含多个子任务，因此，航电系统需要用到多套电子设备，并开始形成子系统，该航电系统类似于 世纪 年代的有人机，而这类无人机的代表是捕食者。从 年至今，“全球鹰”、“捕食者”和 等无人机频繁亮相，这一类无人机采用的是综合航空化电子系
15、统，其功能多样化已经与有人机不相上下。近 年，随着航电系统的综合化和通用化，同有人机一样，无人机智能化也在不断提高，尤其是最近的几次战争，无人机在作战体系中的地位举足轻重。我国的无人机开发步伐并未落后于西方国家，国产的“大疆”、“彩虹”、“翼龙”等系列无人机产品物美价廉，在国际无人机市场上占据了一席之地。我军也已将无人机运用到各种战场环境中。在飞机发展的过程中，航电系统的地位越来越重要，其先进性影响着飞机的整体性能。随着在战场中承担越来越多的复杂任务，无人机在某方面的用途可能还优于有人机，因此无人机的航电系统发展逐渐被重视。虽无人机航电系统可以承担几乎所有的空战任务，但是目前这影响不了第一个层
16、面有人机航空电子 第 期系统的地位和创新。无人机航电系统取代有人机航电系统的呼声随着无人机在关键技术上的突破，这种预测有人机的航电系统会被替代的呼声越来越高；同时，从人这个因素出发，飞机很多技术参数无法继续提升，这就让人们难以相信第一个层面系统战略效益的持久性，造成这种呼声的主要原因如下所述。首先，飞机的研发周期很长，纵观美国的这几代战机的研发时间在不断增加，造成了研究资金成倍上涨。作为其核心部件的航空电子系统，由于其功能不断丰富，功能间无明显界限，导致集成度不断提高，所面临战场空间的复杂化也使得其获得和处理的态势共享信息爆炸式增长，这些都导致其设计的成本和难度不断提升。美国下一代战机方案需要的花费让国防支出不可承受，这会大幅减少下一代战机的数量，严重影响创新第一个层面系统的动力，且创新的环境适应性得不到保证。有战争就有战损，这种情况下难以招架敌方大规模廉价飞行物的进攻，除非新技术已变得成熟廉价，这样才可平衡数量上的劣势。其次，随着战场态势信息量的剧增，需要高速可靠稳定的信息互联技术来支撑。高速大容量传输需要更高的频率，但是频率提高会造成衰减的加剧，从而需要发射大功率信号。飞机的电磁兼