F22的航電架構有什麼優點?

周明燕

22的關鍵航空電子設備包括BAK系統EI&S AN / ALR-94警戒接收器(RWR),AN / AAR-56紅紫外發射探測器(MLD)和Northrop Grumman AN / APG-77源層雷達。MLD具有六個側感器。RWR是一種無相探測器,機翼和機身融合了30多個天線,可實現全位覆蓋。前F-22項目負責人湯姆·伯比奇稱,這是“飛機上技術上最複雜的設備”。 RWR(250 + nmi)的範圍超過雷達,並且可以將發射波限制在窄束範圍(方位角和仰角下降2°,2°)以增加隱身。根據威脅,防禦系統可以促使飛行員釋放對抗措施。根據他的說法,ALR-94可以用作無層面界限式探測系統,能為鎖定提供足夠的信息。

AN / APG-77具有低觀源徑陣特性,可在任何條件下跟蹤很多個物體。 雷達發射也可以集中上載,作為一種攻擊能力。它每秒改頻超過1,000次,以降低可能被發現的幾率,由於使用更窄的光束,這被認為是可能的。雷達信息由兩個雷公集成處理器(CIP)處理,每個處理器每秒最多可處理105億條指令。在一個稱為傳感融合的過程中,來自雷達,其他傳感部系統的數據被CIP過濾和組合成一個共同的視圖,減少了飛行員的工作量。然而,據報道升級飛機的航空電子設備非常具有挑戰性,因為它們具有高集成特性。

F-22在戰場附近作戰的能力使得飛機威脅探測和識別能力與RC-135鉚釘接頭相比,並具有作為“迷你AWACS”的能力,儘管雷達的功能不如專用平臺。 F-22可以為盟友指定目標,並確定兩架友方飛機是否針對同一架飛機。這種雷達系統有時可以識別“比AWACS快許多倍”的目標。為F-22開發的IEEE 1394B總線源自商用IEEE 1394“FireWire”總線系統。2007年,F-22的雷達作為無線數據收發器進行了測試,以每秒548兆特的速度傳輸數據並以千兆速度接收,遠遠快於Link 16系統。

F-22的軟件有大約170萬行代碼,其中大部分涉及處理雷達數據據報道,分產商的網絡攻擊事件引起了人們對F-22系統安全性和戰鬥力的懷疑。但實際上F-22不受網絡攻擊的影響,並引用了IBMT軟件的安全性來說明。


水鏡曉先生

這就是常說的寶石柱航電構架,信息源級數據融合,這一構架是革命性的第四代航電構架,在面對傳統三代機的航電構架時具有碾壓性的優勢,目前這種構架已經升級到F-35的寶石臺,同時F-15SA等戰機也加裝這種航電構架模式。

上世紀70年代,由於戰鬥機航電技術的發展,戰鬥機的導航/雷達/火控等信息量暴漲,設備間接口各異,協同難度大,並且難以維護。為此美國製定了 MIL-STD-1553A(USAF)標準和 1553B 改進標準,這也是我們常說的1553B標準。

這個標準是一個設備間的通訊標準,類似於我們計算機上的TCP/IP協議,複合這一標準的設備都可以使用1553B數據總線進行傳輸數據,簡單說就是飛機上的局域網設備,最早應用這一標準的戰鬥機是F-16,,包括其數字電傳操控等都是通過1553B數據總線來實現的。

1553B總線的最大傳輸速度是1Mb/秒,對於早期三代機來說完全夠用,但是隨著航電技術的進一步爆炸性的發展,特別是AESA和電子對抗的應用,已經明顯不夠用。

為此最先提出的是多路總線並聯的概念,即將飛機上功能相近航空電子設備進行歸類,例入將負責攻擊的雷達、IRST、武器管理設備、敵我識別器等歸為一類,將負責防禦的雷達報警器、導彈報警器、紅外干擾彈、電子干擾器等歸為一類。

同一類的設備之間通信量大,不同類設備之間的通信量很小。因此將同一類設備用一條數據總線連接起來。各條總線共同連接到任務計算機上,由任務計算機完成各條總線的通信橋接。任務計算機同時負責各種設備的綜合控制、信息融合與輸出顯示。這種航電架構至今仍是各國空軍現役戰鬥機的主流配置,甚至最新生產的F15E、F18E/F、颱風、國內的殲10A依然採用了這一架構。

颱風戰鬥機的航電設計實際上偏保守

多總線架構解決了總線帶寬問題,實現了多種航空電子設備的系統集成,但是其缺點也是明顯的。航空電子系統需要的數據總線過多,比如F15E、F18E/F、颱風等普遍採用了四條總線。這樣增加了系統整體的體積、重量、成本及功耗,特別是帶來的可靠性、電磁兼容性等問題也非常突出,為此第四代航電架構也開始應運而生。


任務管理計算機—WMMC概念。

最先應用的是法國人提出的概念,這一概念就是將多總線架構的核心設備,同樣也是相互之間通信量最大的設備,比如綜合顯示系統、中央控制系統、任務計算機、數字傳輸單元等設備集成在一起,形成一個任務管理計算機。原有設備之間依賴外部總線的通信在任務管理計算機中用主板總線完成,不但降低了通信時間,而且釋放了大量的外部總線帶寬。因此陣風只用了兩條外部總線就完成了所有電子設備的系統集成,不但降低了系統的成本、體積、重量、複雜程度,同時也減少了一定的系統反應時間。

最先採用WMMC概念的是陣風戰鬥機,陣風的座艙相當簡潔高效

但是這種架構帶來一個問題,任務管理計算機只能由單一廠商生產,所集成的各種功能只能由同一廠商獨立完成,不能採用多種來源的設備,限制了設備來源。只適合像法國、中國這樣武器裝備自成體系對外依存較低又有較高電子技術水平的國家。目前採用這一架構的戰機只有陣風、梟龍和殲10B三種。

梟龍戰鬥機航電構架其實非常先進,但是其使用的PowerPC處理器是摩托羅拉的88000型


公用綜合處理器—CIP概念真正革命性的創新是F-22開始的,CIP就是F22俗稱“寶石柱”的航電系統架構的核心。其核心思路是講數據進行特徵集融合,各種電子設備不再按照原有預設的工作模式工作,而是由CIP直接控制,各模塊之間用CIP主板總線連接。

同時各種電子設備也不再進行完整的數據處理,僅僅對數據進行特徵提取,目標識別的工作交給CIP進行。因此可以用不同傳感器協作完成對目標的搜索,比如用雷達告警器確定目標方位,或者將雷達作為一個大面積的被動天線當做雷達告警器用等等。

F-22的航電構架目前實際上已經落後於F-35,美國正在考慮升級中

而到了F35,更是達到了信源級數據融合,其航電架構俗稱“寶石臺”。在信源級數據融合航電架構中,各種電子設備不再對接收到的信號進行處理,直接發送到航電架構的核心——綜合核心處理器(ICP)中,由ICP完成所有信號處理任務。

因為所有的控制與信號處理都由ICP完成,所以各航電設備將不再侷限於其原有的功能。比如可以將雷達接收到的信號當通信信號處理,雷達天線也可以發送通信信號,雷達天線也可以作為電子戰天線壓制對方電子設備,這在電子對抗方面具有無比強大的優勢。

F-35的虛擬頭盔顯示技術也是這項技術的一個應用,遍佈機身的EODAS光電傳感器採集信號,交由核心處理器進行處理後顯示在頭盔之上,現在唯一的問題是,這種處理後圖像要延遲0.3秒左右,相當於PING比較高……


下面劃重點

我國從90年代就開始四代機航電系統的預研工作。在2008年珠海航展上首次展出信源級數據融合航電架構的核心ICP。2010年2月底三月初,航空報發表了有關航空工業計算機所完成綜合核心處理機軟硬件平臺調試的新聞。基本確定了我國四代機採用了最新的信源級數據融合航電架構,追趕上了美國的步伐,成為第二個完成四代機航空電子設備研製的國家。

“中航工業計算所對一季度工作進行了全面梳理,各部門針對工作計劃認真做好任務分解,努力迎來虎年開門紅。某課題組全體成員努力攻關,成功突破了某航電系統關鍵技術,完成了綜合核心處理機軟硬件平臺調試工作,該樣機的成功研製為加快新型號研製打下了堅實基礎。其中提到的綜合核心處理機即為類似美國F/A-22所採用的通用綜合處理器。珠海航展上,我國也曾經展出過新一代航空電子系統的通用綜合處理器。”

珠海航展上展示的先進戰鬥機座艙模型


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