探测与显示系统
在飞行中，飞行员最忙碌的身体器官是眼睛。飞机上各种传感器和仪表设备，传来的信息瞬息万变，这些信息主要是由飞行员的眼睛来接收的。另有一部分，如无线电接收机、信标接收机和护尾警告器等的信号是由飞行员的耳朵接收的。当然，对于在近距格斗空战中的飞行员来说，他们的脖子也很辛苦。为了观察座舱内外的情况、发现敌机、照顾友机，飞行员的头部要上下、左右、前后不停地转动。现在你可以明白，空军飞行员为什么每人都有一条令人羡慕的长绸围巾，目的是为了保护脖子。
驾驶舱是飞机各个系统的汇集地。研究它的历史演变，可以帮助我们更深刻地理解航空技术。
世界上第一架成功的飞机"飞行者１号"上，只装有４件航空仪表。它们是：一个指示空速的风速计；一个发动机转速表；一个记时秒表；还有莱特兄弟坚持安置在机翼前方的双升降舵，它既可以作为判断飞机姿态的地平仪，也可以当作飞行迎角的指示器。
我国的飞机座舱装备专家孙滨生做过一项有趣的统计：第一次世界大战时的Ｓ．Ｅ．５Ａ型战斗机上有７块仪表；两次大战之间的"英俊战士"型战斗机上是１９块；２０世纪５０年代的"猎人"型喷气式战斗机是２５块；６０年代的"闪电"型超音速战斗机上已有４０多块；７０年代的"美洲虎"攻击机的仪表多达５０多块。在轰炸机、运输机或电子侦察机上的仪表数量还要多上几倍。
由于机载电子设备的增加，座舱内的各种控制开关和调整旋钮也随之增多。据孙滨生的统计：第一次世界大战时的"斯帕德"型战斗机的开关控制器不足１０个；第二次世界大战时的Ｐ－５１型战斗机是１５个；２０世纪６０年代的Ｆ－１１１型战斗轰炸机是２２０多个；７０年代的Ｆ－１５型战斗机已接近３００个。
１９１０年末，法国人埃泰夫（Ａ．Ｅｔｅｖｅ）发明了指示飞机飞行速度的空速表，并于１９１１年１月投入试用。分别指示飞行高度的高度表和指示飞机升降速率的升降速度表也相继问世。这些仪表所需要的数据都是由空速管获得的。空速管是在飞机的机头或机翼前缘，相对气流不受干扰的地方，设置的一根管子。它的头部有动压孔，接受气流的动压；管壁侧方有一圈静压孔，接受大气的静压力。动、静压被输入膜盒式仪表，可以指示出飞机的速度、高度和升降速率。
１９１８年的飞机座舱里，典型仪表已经有空速表、高度表、倾斜仪（指示飞机的坡度）、汽油压力表、滑油压力表、发动机转速表、罗盘和时钟等。到２０世纪２０年代末，由于可以指示飞机姿态的一系列陀螺仪表的发明，飞行员已经可以在云中或看不清地平线（飞行员称之为"天地线"）的条件下，保持飞机的状态和飞行航向。３０年代和４０年代间，无线电罗盘和无线电高度表等无线电仪表的应用，使飞行员有可能按照仪表指示完成起飞、航行和降落的全部飞行过程，当时把这种飞行叫作"盲目飞行"，而现在称为"暗舱仪表飞行"。
５０年代，喷气机的出现，使飞机的速度、航程和武器装载能力有了很大的提高。为了减轻飞行员的负担，仪表设备开始向组合型和指引型发展。所谓组合型，就是将有密切关联的信息组合在一个显示器上，如由陀螺磁罗盘和航道偏离指示器组合成航道罗盘；所谓指引型就是将飞机的姿态显示和飞行的指引、指令综合在一起，如指引地平仪。
从６０年代开始，受微电子技术和计算机技术发展的影响，座舱显示设备出现了重大变革。平视显示仪和多功能显示器（下视显示器的一种）开始取代传统的圆形仪表。平视显示仪是装于仪表板上方的一个透明的反光镜。飞行员透过它观察外景的同时，可以看见上面投影显示的重要飞行数据。这样，飞行员在对外搜索或对正着陆跑道时，就不需要不断地低头，检查座舱内的仪表指示。
利用阴极射线管产生字符的电子平视显示仪是英国人发明的。１９５５年，在Ｊ．Ｍ．奈什博士领导下，英国皇家航空研究院仪表电器部开展的平视显示仪预研取得成功。１９６１年３月，英国航宇公司第一架的ＮＡ．３９"掠夺者"Ｓ．ＭＫ１型舰载攻击机出厂，在该机上首次装备了兰克·辛塔尔公司研制的平视显示仪。
７０年代初，美国休斯公司利用激光全息技术，率先研制成功全息透镜平视显示仪，使视场角从１５°×２０°扩大为１８°×３０°，而且能同时显示字符和图象。新一代平视显示仪与微光电视和前视红外装置交联，可以用于夜间全景显示。在９０年代出现的第四代战斗机上，先进的平视显示仪已成为标准座舱设备。
多功能显示器是装于仪表板上的几个荧光屏。在它们的上面，可以显示飞行、导航、发动机和作战所需的各种信息。多功能显示器可以根据飞行阶段或任务的需要，选择显示有关信息和删除不必要的信息。当设备发生故障时，多功能显示器会向飞行员发出警告并提供维修所需的有关资料，以便检测。飞行员也可以通过控制键调出飞行任务数据，存入计算机，以便修改飞行计划时使用。
就在英国开始研制平视显示仪的同时，美国的海军航空研究中心展开了对下视显示器（装于仪表板上的电子显示器）的研究。１９６０年４月，Ａ－６"入侵者"舰载强击机的第一架原型机首飞。该机首次装备了凯泽航宇／电子公司研制的ＡＮ／ＡＶＡ－１多功能显示器。
１９７６年，凯泽公司根据美国海军的"先进综合显示系统"（ＡＩＤＳ）计划，为Ｆ－１８"大黄蜂"战斗机研制了机载综合电子显示系统。Ｆ－１８在采用电传操纵系统方面曾落后于它的竞争对手Ｆ－１６战斗机，但它较早地采用了多路数据总线技术。它的航空电子综合系统共用一条数据总线传递信息，使平视显示仪、多功能电子显示器和其它有关分系统都挂在总线上，共享资源和互相弥补。８０年代投入航班的第四代民航客机，如波音７５７／７６７、空中客车Ａ３１０和伊尔－９６等，也都装有阴极射线管显示器和采用总线技术。
法国的"幻影"２０００型战斗机（１９７８年３月１０日首飞），首次安装了采用三色阴极射线管的彩色电子显示器。稍后出现的Ｆ－ ２２和"阵风"等第四代战斗机上也已经装有彩色液晶平板显示系统。ＭＤ－９０和Ａ３３０／３４０等第五代民航客机，座舱内也都使用了彩色液晶平板显示器。采用液晶、电致发光、发光二极管等为显示器的平板显示器，具有体积小、重量轻、耗电少和工作可靠等优点，正在取代笨重的阴极射线管显示器。
６０年代初期，由于武装直升机的需要，科学家开始研制头盔瞄准具，并取得了成功。飞行员透过头盔上的瞄准镜，既可以看到目标，又可以看到瞄准标志和有关武器发射的数据；由飞行员头部位置探测器测得飞行员头部的位置和转动角速度，再计算出目标的相对方位角、俯仰角和角速度等参数，实施瞄准。７０年代，随着平视显示仪技术的进步，导致头盔瞄准／显示系统的出现。由微型化的阴极射线管和光导纤维组成的微型平视显示仪被装于瞄准头盔上，使飞行员的头部无论转至任何方位，都可以在瞄准目标的同时，看到显示器上显示的字符和图型。美国正在研制的Ｆ－３５型联合打击战斗机上就装有广角（双目）头盔瞄准／显示系统。
国外从８０年代以来开展的大图像显示、话音指令控制、人工智能技术和三维全息平视显示仪等有关研究项目，使我们可以领略未来的"超级座舱"的风貌。
先进的座舱显示技术离不开先进的探测手段。飞机的动目标检测、导航、火力控制、电子对抗和气象观测等系统都离不开一个关键设备--雷达。它的诞生和发展和飞机有几乎相同的历史。１９０４年，飞机发明的第二年，德国工程师许尔斯迈尔申请了航海用自动探测仪的发明专利。他的发明虽然还无法测出被探测物体的距离和动向，但已具有雷达的雏形。１９２５年，英国物理学家爱德华·维克多·阿普尔顿（１８９２－１９６５）和Ｍ．Ａ．Ｆ．巴尼特利用无线电脉冲波的回波测量高空电离层，证实了英国物理学家奥利弗·赫维赛德在１９０２年提出的：在１０万米高空存在赫维赛德层的假说，这一科研行动可以看作是雷达技术应用的开端。
１９３５年，英国物理研究所研制成功飞机探测雷达（ＣＨ系统）。同年，法国在"诺曼底"号邮船上首次安装民用雷达"目标雷达探测器"。１９３６年底，美国海军研究实验室试制成功的脉冲雷达上，收、发天线可以共用，减小了雷达的体积，但作用距离只有１１公里。１９３７年４月，美国军舰上开始装备雷达。１９３８年９月，英国正式部署防空雷达。同年，美国首先研制了火炮控制雷达。１９３９年，英国研制成功空对空目标探测和定位的ＡＩ型截击雷达。
第二次世界大战初期，德国最早研制出大功率的三、四级电子管，使雷达的工作频率达到０．５千兆赫以上，提高了搜索和引导飞机的精度。１９３９年，英国科学家兰德尔和布特发明了工作频率为３千兆赫的多腔磁控管。利用磁控管，美国哥伦比亚大学雷达中心于１９４３年，研制出工作频率为１０千兆赫（波长５．７７～２．７５厘米）的微波雷达。这种雷达体积小，而且测量精度高。从此开始了现代雷达的发展里程。第二次世界大战末期，苏、美、英、法、德等各参战国都曾装备机载雷达。
第二次世界大战之后，科学技术的进步促进了雷达技术的大发展。在这里首先要提到的是１９４５年微波光谱学的出现；１９４６年，第一台电子计算机（ＥＮＩＡＣ）诞生；１９４８年，美国数学家克劳德·香农（１９１６－）和Ｗ．韦弗创立信息论；同年美国科学家Ｊ．巴丁和Ｗ．Ｈ．布拉顿发明晶体管。各种功能的机载雷达在导航、轰炸、侦察、火控、地形跟随与地形回避等飞行任务中，扮演着重要的角色。我们有必要对几种主要类型雷达的工作体制和技术特征做一些简单的概念性的了解。
脉冲多普勒雷达（ＰＤ）：
１８４２年，奥地利科学家克利斯蒂安·多普勒（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｄｏｐｐｌｅｒ，１８０３－１８５３）发现多普勒效应。这种效应指的是：当波源（如光波、声波和电磁波等）与观测者之间存在相对径向运动时，观测者（接收器）收到的波的频率与静止时不同--波源相向而来时，频率变高；相背而去时，频率变低。这是生活中非常熟悉的现象。当车辆高速驶向我们时，声音就逐渐变尖；离我们而去时，声音就逐渐变得低沉。这就是声波频率变化的缘故。
利用上述原理，雷达可以从地面或海面反射的杂波中分离出运动的目标（低空飞行的飞机或海上的舰船等），因为它们反射的回波的多普勒频移（电波到达目标时的频率与发射频率之差）不同。
２０世纪５０年代，开始研制用于空中导航和截击火控的脉冲多普勒雷达。６０年代，由于低空突防武器的发展，采用多普勒体制的下视雷达受到重视。１９６４年，美国空军系统司令部就提出了"下视雷达技术"计划，为研制Ｅ－３型空中预警机的成功奠定了基础。而与其竞争的英国"猎迷"型飞机，正是因为雷达系统工作不可靠而告失败。我国同期研制的"空警一号"预警机也遇到了下视能力不足的挫折。７０年代以后研制的机载火控雷达、空中预警雷达和导弹的主动式导引头，已经具有很强的下视能力。
相控阵雷达（ＥＡＰ）：
现代空战的环境异常复杂，有高速飞行的飞机、有超视距发射的导弹、还有洲际导弹和人造卫星参加，情况瞬息万变，覆盖空域辽阔。在这样的环境里作战，要求机载雷达的天线波束能迅速指向目标并转入跟踪。但传统的雷达天线是依靠机械转动来进行扫描的。受天线机构运动惯性的影响，天线波束的扫描速度很难提高。
随着计算机技术和自动控制技术的发展，使雷达技术有了新突破。５０年代，研制成功电控微波移相器，雷达天线已经有可能以电扫描的方式取代机械扫描，这就是相控阵雷达的概念。
电扫描技术是通过受控微波移相装置控制天线成千上万的辐射源（阵元）的相位，根据需要形成不同形状的辐射波束。它可以同时产生多个波束，并可以在几微秒的时间内控制改变波束指向，而采用机械扫描的控制反应时间只需几秒。
相控阵雷达可以同时具有几部不同类型雷达的功能，如空间监视、搜索和多目标跟踪；敌我识别、地形跟踪与回避；地图测绘、气象探测和信标；为半主动寻的制导系统提供射频辅射能量和对多枚导弹进行跟踪，并发送制导指令等。而且它的工作可靠、有很强的抗干扰能力。相控阵雷达的技术比较复杂，造价也昂贵，目前只有少数先进的军用飞机，如美国的Ｂ－１Ｂ型战略轰炸机上安装了这种设备。正在研制的第四代战斗机上都将采用这一技术。
合成孔径雷达（ＳＡＲ）：
合成孔径雷达是一种高分辨力成像雷达或称高分辨力地形测绘雷达。要想提高雷达的方位分辨力（角分辨力），从理论上说，就要采用更短的波长或更大的尺寸（大孔径）的雷达天线，但二者在实践中都是有限度的。
１９５３年夏天，在美国密执安大学举行的研讨会上，提出了提高雷达方位分辨力的新观点，即合成孔径雷达的概念。同年秋天，开始了对这种新型雷达的研制。６年后，第一架实验样机投入试飞，取得满意的结果。
它的原理是这样的：把在空中飞行的飞机的某一固定位置上的雷达天线看作是一个阵列天线中的一个阵元。当飞机前进时，再把每一位置（阵元）上接收到的目标回波信号进行存贮和合成处理。这样就等于把很多阵元组成了一个长阵列天线，也就是合成孔径天线，实际效果等于加长了天线的尺寸。在波长不变的情况下，可以使雷达的方位分辨率提高几十甚至几百倍。现代的合成孔径雷达，在１万米高度上探测地面目标的分辨率可以达到１米以内。这意味着，在雷达显示器的荧光屏上可以分辨出和雷达天线的距离相差１米的两个目标的回波脉冲。
６０年代，合成孔径技术受到广泛的重视。７０年代以后，利用数字存贮器和数字信号处理技术，缩短了信息处理时间，可以在飞行中实时地获得图像。在军事侦察、航空测量、航空遥感和卫星观测方面发挥了重要的作用。１９７２年发射的“阿波罗”１７号飞船、１９７８年发射的“海洋卫星”和１９８１年发射的“哥伦比亚”号航天飞机上，都装有这种类型的雷达。
２００１年１１月１３日，在阿富汗夜空拍摄到塔利班潜逃车队清晰图像的“捕食者”型无人驾驶侦察机上，就装有合成孔径雷达。
合成孔径雷达可以全天候工作；可以识别伪装；还可以进行深空探测。在今后的军、民用和航空、航天事业的应用上，存在着巨大的潜力。
合成孔径雷达的天线通常是装在飞机机身侧方的。侦察机利用侧视的工作方式，可以在公海或国境内飞行的同时，对敌方国境线内几十公里纵深内的军事部署进行侦察。
雷达扩展和延伸了飞行员的视力。还有两类座舱设备也可以帮助飞行员在夜间看见目标。它们是微光夜视仪和前视红外装置。
微光夜视仪：
微光夜视仪实质上是一种灵敏度极高的电视。它接收在微弱夜光照射下的景物映像后，将图像转换为电子流，经过图像增强器和摄像管的放大作用，通过显像管，在由特殊磷光体制成的荧光屏上成像。经过这一过程，景物映像的亮度可以提高几万倍。
微光夜视仪一般与激光照明器配合使用，能提高显像的清晰度。
前视红外装置：
这类装置利用景物的红外辐射转换成图像，不需要借助其他光源。它在夜间可以探测到地面的人员、车辆和一切吸收或散射红外能量的景物。它还可以从潜望镜后部尾流的温度差别发现夜间潜航的潜艇。在白天，它可以探测到伪装掩护下的武器装备。