飞机的导航系统
1910年8月，加拿大的飞机设计师兼飞行员麦柯迪（John A.Douglas McCurdy,1886-1961）在美国纽约州的希普斯里德贝上空，从一架寇蒂斯水上飞机上，通过摩尔顿（H.M.Morton）研制的设备，发射并接收无线电信号。同年9月，英国飞行员在索尔兹伯里的英国陆军射击场上空，从一架布里斯托尔箱形风筝式飞机上，向0.4公里之外的基地，发出“发现敌人”的无线电信号。以上飞行试验可以看作对航空电子设备的最早尝试。
不过，在整个第一次世界大战期间，飞行员只能按照在地面约定好的动作进行空、地联络。例如，飞行员在空中摆机翼、发射信号弹或投掷装在筒里的便条等；地面人员则以铺设信号板或点燃火堆等标志，传达一定的意图。
至于空中领航方法，用飞行员的话说，那时是数着地标飞的——就是从空中观察地面有特点的目标，如河湾、车站、公路交叉点或水塔等，在地图上判断出自己飞机的位置，再寻找下面航线上要遇到的地标，一段一段地数着飞下去。在领航学上，这叫作目视定位法。
有个现在听起来很有趣的故事：在第一次世界大战中，驾驶Dr.1型三翼机，击落80架敌机的德国首席王牌飞行员冯·里希特霍芬（Rittmeister Manfred Von Richthofen,1892-1918），他在接受飞行训练期间，连续发生飞行事故，摔掉了一些飞机，被认为是缺乏飞行天赋的人。更糟的是他的领航技术不佳，第一次参加西部战线的空战时，就迷失了方向，只好降落到地面，向居民问路！为此，他一度被调去担任投弹手。现代的飞机已经不可能采用这样的复航措施。直升机虽然有可能在航线中途降落问路，但一旦这样做，即使能恢复方位，仍要被当作迷航事故处理。
20世纪20年代（第一次世界大战后），飞机的仪表板上，已经装有磁罗盘、空速表、高度表和领航时钟等基本的飞行仪表。飞行员凭借它们可以进行推测航行（航位推算法）。在地面根据预报的空中风，计算出到达某地应飞的航向，对正航向，保持一定的速度，再根据飞行时间，就可以推测到达目的地的时间。空中的风可能发生变化或与预报的不符。所以在航线中途要选择检查点（地标），根据偏离检查点的距离和方位，算出偏流角和实际的地速，在下一段航线上修正应飞航向和更正预达目的地的时间。这很像气象台预报天气时采用的办法：按照云系发展的趋向和风速，判断气团移动的方向和速度，从而预报下游地区的天气变化。
30年代（两次世界大战之间），民航运输业蓬勃发展。为了保证民航班机在长途飞行和复杂气象条件下降落的安全，电子导航设施受到了重视。这一时期发明了信标台（当时叫作“扇形指点标”）和无线电罗盘。前者是由地面向上发射无线电波束，飞机飞经它上空时，可以收到信号，从而引导飞机飞向跑道；后者是可以指示飞机与地面无线电台的相对方位角的仪表（不是指示飞机磁航向的），根据两个以上地面电台（导航台）的方位线的交点，可以确定飞机在空中的精确位置——这在领航学中叫几何定位法。
1935年2月，沃森·瓦特博士（Dr.Watson Watt）带领他的助手，守候在英国广播公司达文特里电台的发射机前，接收由H.P.50“海福特”重型轰炸机反射回来的电波信号。这一著名的实验，标志着电子航行时代的到来。
40年代（第二次世界大战期间与战后阶段），全天候的战略轰炸行动，促进了无线电导航技术的发展。战争期间发展起来的伏尔导航系统（Vor，甚频全向信标），在战后被确定为国际标准民用导航系统。它的导航台旋转发射可变相位信号和参考相位信号，通过机载接收机和显示器确定飞机所在方位。
战后，从1945年开始，美国费得拉尔电信实验室和空、海军联合研制既能测出飞机方位又能测出距离的塔康导航系统（TACAN，战术空中导航系统）。1952年研制成功，它测方位的原理与伏尔系统相似。测距原理是，由机上定时发射询向脉冲，地面台收到后，发射回答脉冲，比较二者的时间间隔，可以求出飞机与地面电台的距离。
英、美从40年代开始研制工作距离远、测量精度高的双曲线坐标导航系统（Hyperbolic grid），它们包括罗兰（Loran，远程导航）、奥米加（Omega，甚低频双曲线导航）和台卡（Decca，连续波双曲线导航）等。这种系统的主要工作原理是，由两个以上的导航台同时发射电波，飞机从接收到的时间差，可以判断出在以两个电台为焦点的一条双曲线上。此时，如再收到另外一个电台的电波，就可以从两条双曲线的交点确定自己的位置。这种系统50年代以后投入使用，主要用于海洋船只和远程巡逻机的导航。民航飞机和运输机比较欢迎奥米加导航系统。
在电子导航系统的设计思想中，还有另外一个思路，就是设计可以脱离地面电台的干预，进行自主导航的机载导航系统。这一类导航系统有多普勒导航系统和惯性导航系统。
多普勒导航系统（Doppler），利用多普勒雷达沿着一定方向向地面发射无线电波,根据多普勒频移(见本文前面有关多普勒雷达一节),计算出飞机相对于地面的速度(地速)。有了速度,再知道飞机的航向,就可以求出飞机的航行路线。多普勒雷达同时向多个方向发射波束，还可以求出飞机在空中受风的影响而产生的偏流角（飞机航迹和飞机航向的夹角），供修正航向使用。
早在1945年，这种技术已经被用于测量飞机的速度。1955年开始在军用飞机上作为导航系统。采用晶体管和数字式计算机之后，机载多普勒导航设备变得很轻，可以小于5公斤，测速的精度为±0.1%，测偏流角的精度为半度。应用这种技术，大大降低了飞行员的工作强度。70年代初期，石油价格猛涨，这一时期设计的大型宽机身客机上，如空中客车A300和波音747等，都借助这一技术获得了效益。载几百名乘客的飞机，空勤机组人员只有2～3人（不包括空中服务员）就可以应付。不过，这种导航系统当飞机姿态变化超过一定限度时，因无法收到回波，而不能正常工作。所以在高机动的战斗机上，需要选择其他的导航手段。
惯性导航（Inertial）是另外一种自主式导航系统。它利用加速度计测量飞机的加速度（惯性），再通过计算机求出飞机的速度和位置。
1942年，在德国的V-2型火箭上，首次采用惯性导航原理进行制导。1945年，美国麻省理工学院根据国防部要求研制的第一部惯性导航系统在飞机上试飞成功。60年代初期投入使用。1956年，我国开始研制惯性导航系统，并且在70年代以后，在我国发射的人造地球卫星、火箭以及某些飞机上安装使用了国产惯性导航系统。
惯性导航既不依赖外界信息，也不向外发射电波，因而抗干扰的能力很强。它的加速度计安装在陀螺稳定平台上，可以不受飞机剧烈振动的影响。现代军用飞机，大多采用它和其他导航系统，如多普勒、塔康和卫星导航等组成多功能的组合导航系统。国外在1964年开始研制的捷联式惯性导航（Strapdown）系统，利用计算机取代陀螺罗盘的作用，减少了设备的体积和重量，而且工作更为可靠。
1973年美国国防部批准，并于1978年4月北约9国参加发展的导航星（Nav Star）全球定位（GPS）系统的工作原理和双曲线导航系统相同，只是把导航台搬到了距地面2万公里的空间。整个系统由21颗卫星和3颗备份卫星组成。它的控制站设于美国大陆，4个监测站分设在大西洋、太平洋和印度洋的岛上。系统全部投入工作时，可以全天候为军、民用户提供连续的全球导航。民用系统（C/A码）的定位精度为10～20米。但在实际使用中，有意识地降为100米以内。它的工作不受地形或地理条件的影响，因而比其他陆基导航站有更广阔的前途。有趣的是，它还可以用来测量山高。这一系统在测试中，从空间的角度，证实了我国的珠穆朗玛峰是地球的最高点。在最近的伊拉克战争中，这一系统给美国带来了巨大的优势，但也发现它有被干扰的可能。目前，美国国防部正计划对其进行改造，以求提高抗干扰的能力。
任何一次安全的航行都是以飞机在机场内的降落为结束的。降落场可能出现各种复杂的天气，如低云、低能见度、暗夜和雨雪等。使飞行员无法目视建立着陆航线、进场（对正跑道下滑至15～30米）和着陆（从飞机开始拉平、接地到滑跑停止）。这时，就需要有地面的无线电设备和飞机座舱里的有关仪表配合，帮助飞行员完成建立航线和进场下滑的过程。
第二次世界大战前（20世纪30年代末），人们已经开始建立无线电仪表着陆系统（ILS）。早期的无线电仪表着陆系统由距跑道一端4公里和1公里处分别设立的远距导航台（含信标台）及近距导航台（含信标台）组成。飞行员按照座舱内无线电罗盘（指示导航台相对方位角的仪表）的指示建立航线，首先飞至远距导航台上空，对正着陆航向并保持一定的高度（此时，收到远距信标台的信号）；然后，再对正近距导航台下滑，保持一定高度通过近距导航台上空（此时，收到近距信标台的信号），对正跑道方向并保持在跑道中线的延长线上。全天候飞行员的最高能见度条件是1公里，所以在近距导航台上空，应该可以看见跑道和进行目测着陆。
1949年，国际民用航空组织确定以无线电航向信标台和下滑信标台组成的仪表着陆系统为标准的着陆系统。它的原理是：在跑道终端设立一无线电发射台（航向信标台），发出两种频率（90赫和150赫）的调幅高频无线电波束。当飞机位于跑道中心线时，机载接收机收到的两种电波信号强度相等，机上的航向、下滑仪的指示器（交叉指针指示器）上的垂直指针指零。当飞机偏向一侧时，接收机收到的那一侧的电波信号较强，指示器的指针向那一侧偏转。这种着陆系统中的下滑信标台是设于跑道一侧的无线电发射台。和航向信标台一样，它也发出两种频率不同的无线电波束。只是它们的等强度信号区和地面成2.5°～3°的交角，这正是飞机正常进场时的下滑角。飞机沿着这一斜面下滑时，指示器的水平指标保持在中央。飞机轨迹高或低于正常下滑线时，指标向上或向下移动。
还有一种地面控制着陆系统，是由地面雷达测定降落飞机的高度、距离和方位，再由引导人员用无线电通话告知飞行员应飞航向和下降至需要的高度。
微波着陆系统是在60年代中期开始研制，现在正大力发展的新型进场着陆系统。它的工作原理是，飞机收到由地面的方位引导台、仰角引导台、拉平引导台和精密测距应答台等设备提供的信息，进行处理，飞行员根据求出的飞机精确位置，可以灵活地组织曲折的进场航线和选择不同坡度的下滑线（下滑角）。而不必像使用其它着陆系统时那样，受导航台位置或波束方向决定的固定航迹的限制。地面的辅助数据发射台配合方位引导台，可以提供与着陆有关的机场气象条件（风速、风向等）。
微波着陆系统的地面方位引导台的波束，在跑道中心左右40°的扇形区内，以每秒2万度的速率往返扫描。在此区域内飞行的飞机，从收到它的信号的时间间隔可以测出飞机与跑道中线的相对方位角。根据仰角与拉平引导台又可以测出飞机相对于地平线的仰角。这一系统还具有反向（起飞方向）方位覆盖能力，可以为起飞或复飞的飞机进行方位引导。
微波着陆系统不受地形条件的影响，地面反射干扰小，天线尺寸小，使用方便，可以满足垂直和短距起降飞机的需要。1978年国际民用航空组织已确定以采用时间基准波束扫描体制的微波着陆系统为军民两用的标准着陆设备。
在军用飞机上，电子对抗系统、火力控制系统、飞行员防护和救生系统都是非常重要的。对于它们还需要另作专门的探讨。
此外，本文前面也没有提到通信系统。因为，现代作战飞机的通信系统已经不是单纯的空、地联络手段。它将探测、控制和武器等系统链接成为一个综合的系统，使自己一方参战的各单位能共享情报资源；及时地通报友机的位置和武器发射情况；隐蔽地传达作战指令；并对飞机进行自动控制。这就是正在迅速发展的“数据链”（Data Link）的概念。有关这一新概念的话题，也只有留在以后细说了。
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