F22的航电架构有什么优点?

周明燕

22的关键航空电子设备包括BAK系统EI&S AN / ALR-94警戒接收器(RWR),AN / AAR-56红紫外发射探测器(MLD)和Northrop Grumman AN / APG-77源层雷达。MLD具有六个侧感器。RWR是一种无相探测器,机翼和机身融合了30多个天线,可实现全位覆盖。前F-22项目负责人汤姆·伯比奇称,这是“飞机上技术上最复杂的设备”。 RWR(250 + nmi)的范围超过雷达,并且可以将发射波限制在窄束范围(方位角和仰角下降2°,2°)以增加隐身。根据威胁,防御系统可以促使飞行员释放对抗措施。根据他的说法,ALR-94可以用作无层面界限式探测系统,能为锁定提供足够的信息。

AN / APG-77具有低观源径阵特性,可在任何条件下跟踪很多个物体。 雷达发射也可以集中上载,作为一种攻击能力。它每秒改频超过1,000次,以降低可能被发现的几率,由于使用更窄的光束,这被认为是可能的。雷达信息由两个雷公集成处理器(CIP)处理,每个处理器每秒最多可处理105亿条指令。在一个称为传感融合的过程中,来自雷达,其他传感部系统的数据被CIP过滤和组合成一个共同的视图,减少了飞行员的工作量。然而,据报道升级飞机的航空电子设备非常具有挑战性,因为它们具有高集成特性。

F-22在战场附近作战的能力使得飞机威胁探测和识别能力与RC-135铆钉接头相比,并具有作为“迷你AWACS”的能力,尽管雷达的功能不如专用平台。 F-22可以为盟友指定目标,并确定两架友方飞机是否针对同一架飞机。这种雷达系统有时可以识别“比AWACS快许多倍”的目标。为F-22开发的IEEE 1394B总线源自商用IEEE 1394“FireWire”总线系统。2007年,F-22的雷达作为无线数据收发器进行了测试,以每秒548兆特的速度传输数据并以千兆速度接收,远远快于Link 16系统。

F-22的软件有大约170万行代码,其中大部分涉及处理雷达数据据报道,分产商的网络攻击事件引起了人们对F-22系统安全性和战斗力的怀疑。但实际上F-22不受网络攻击的影响,并引用了IBMT软件的安全性来说明。


水镜晓先生

这就是常说的宝石柱航电构架,信息源级数据融合,这一构架是革命性的第四代航电构架,在面对传统三代机的航电构架时具有碾压性的优势,目前这种构架已经升级到F-35的宝石台,同时F-15SA等战机也加装这种航电构架模式。

上世纪70年代,由于战斗机航电技术的发展,战斗机的导航/雷达/火控等信息量暴涨,设备间接口各异,协同难度大,并且难以维护。为此美国制定了 MIL-STD-1553A(USAF)标准和 1553B 改进标准,这也是我们常说的1553B标准。

这个标准是一个设备间的通讯标准,类似于我们计算机上的TCP/IP协议,复合这一标准的设备都可以使用1553B数据总线进行传输数据,简单说就是飞机上的局域网设备,最早应用这一标准的战斗机是F-16,,包括其数字电传操控等都是通过1553B数据总线来实现的。

1553B总线的最大传输速度是1Mb/秒,对于早期三代机来说完全够用,但是随着航电技术的进一步爆炸性的发展,特别是AESA和电子对抗的应用,已经明显不够用。

为此最先提出的是多路总线并联的概念,即将飞机上功能相近航空电子设备进行归类,例入将负责攻击的雷达、IRST、武器管理设备、敌我识别器等归为一类,将负责防御的雷达报警器、导弹报警器、红外干扰弹、电子干扰器等归为一类。

同一类的设备之间通信量大,不同类设备之间的通信量很小。因此将同一类设备用一条数据总线连接起来。各条总线共同连接到任务计算机上,由任务计算机完成各条总线的通信桥接。任务计算机同时负责各种设备的综合控制、信息融合与输出显示。这种航电架构至今仍是各国空军现役战斗机的主流配置,甚至最新生产的F15E、F18E/F、台风、国内的歼10A依然采用了这一架构。

台风战斗机的航电设计实际上偏保守

多总线架构解决了总线带宽问题,实现了多种航空电子设备的系统集成,但是其缺点也是明显的。航空电子系统需要的数据总线过多,比如F15E、F18E/F、台风等普遍采用了四条总线。这样增加了系统整体的体积、重量、成本及功耗,特别是带来的可靠性、电磁兼容性等问题也非常突出,为此第四代航电架构也开始应运而生。


任务管理计算机—WMMC概念。

最先应用的是法国人提出的概念,这一概念就是将多总线架构的核心设备,同样也是相互之间通信量最大的设备,比如综合显示系统、中央控制系统、任务计算机、数字传输单元等设备集成在一起,形成一个任务管理计算机。原有设备之间依赖外部总线的通信在任务管理计算机中用主板总线完成,不但降低了通信时间,而且释放了大量的外部总线带宽。因此阵风只用了两条外部总线就完成了所有电子设备的系统集成,不但降低了系统的成本、体积、重量、复杂程度,同时也减少了一定的系统反应时间。

最先采用WMMC概念的是阵风战斗机,阵风的座舱相当简洁高效

但是这种架构带来一个问题,任务管理计算机只能由单一厂商生产,所集成的各种功能只能由同一厂商独立完成,不能采用多种来源的设备,限制了设备来源。只适合像法国、中国这样武器装备自成体系对外依存较低又有较高电子技术水平的国家。目前采用这一架构的战机只有阵风、枭龙和歼10B三种。

枭龙战斗机航电构架其实非常先进,但是其使用的PowerPC处理器是摩托罗拉的88000型


公用综合处理器—CIP概念真正革命性的创新是F-22开始的,CIP就是F22俗称“宝石柱”的航电系统架构的核心。其核心思路是讲数据进行特征集融合,各种电子设备不再按照原有预设的工作模式工作,而是由CIP直接控制,各模块之间用CIP主板总线连接。

同时各种电子设备也不再进行完整的数据处理,仅仅对数据进行特征提取,目标识别的工作交给CIP进行。因此可以用不同传感器协作完成对目标的搜索,比如用雷达告警器确定目标方位,或者将雷达作为一个大面积的被动天线当做雷达告警器用等等。

F-22的航电构架目前实际上已经落后于F-35,美国正在考虑升级中

而到了F35,更是达到了信源级数据融合,其航电架构俗称“宝石台”。在信源级数据融合航电架构中,各种电子设备不再对接收到的信号进行处理,直接发送到航电架构的核心——综合核心处理器(ICP)中,由ICP完成所有信号处理任务。

因为所有的控制与信号处理都由ICP完成,所以各航电设备将不再局限于其原有的功能。比如可以将雷达接收到的信号当通信信号处理,雷达天线也可以发送通信信号,雷达天线也可以作为电子战天线压制对方电子设备,这在电子对抗方面具有无比强大的优势。

F-35的虚拟头盔显示技术也是这项技术的一个应用,遍布机身的EODAS光电传感器采集信号,交由核心处理器进行处理后显示在头盔之上,现在唯一的问题是,这种处理后图像要延迟0.3秒左右,相当于PING比较高……


下面划重点

我国从90年代就开始四代机航电系统的预研工作。在2008年珠海航展上首次展出信源级数据融合航电架构的核心ICP。2010年2月底三月初,航空报发表了有关航空工业计算机所完成综合核心处理机软硬件平台调试的新闻。基本确定了我国四代机采用了最新的信源级数据融合航电架构,追赶上了美国的步伐,成为第二个完成四代机航空电子设备研制的国家。

“中航工业计算所对一季度工作进行了全面梳理,各部门针对工作计划认真做好任务分解,努力迎来虎年开门红。某课题组全体成员努力攻关,成功突破了某航电系统关键技术,完成了综合核心处理机软硬件平台调试工作,该样机的成功研制为加快新型号研制打下了坚实基础。其中提到的综合核心处理机即为类似美国F/A-22所采用的通用综合处理器。珠海航展上,我国也曾经展出过新一代航空电子系统的通用综合处理器。”

珠海航展上展示的先进战斗机座舱模型


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