F22为什么是神（下）——浅析F22拥有和曾经拥有的技术优势航电篇

星海伊束工作室

编辑于 2022年07月11日 22:07

实际上从4S标准出发，第二个S应该是超级态势感知力（Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness），但是考虑到相比于航电态势感知涵盖的范围终归是小了一点，所以本篇就选择介绍F22的航电，其中涵盖态势感知的内容。

宝石柱航电系统

人类是在20世纪初首次依靠飞机飞上蓝天的，而最初的"航电"设备出现在其的四十年后，在这一时期，"航电"即"航空电子"这一词汇及概念实际上并未被发明出来，因而为了便于与诞生于20世纪70年代的联合式航电区分，一般将这一时期的机载电子设备统称为"分立式航电"，顾名思义，是指个子系统分散独立、相互间信息交联少，且体积庞大、综合化程度较低。而联合式航电则采用多处理器、多路数字传输总线、综合控制显示器、任务软件四大核心技术，将原先各个独立的机载电子设备通过数据总线进行交联，使其成为一个总系统上的子系统，做到集中控制，分布处理，开创"系统综合航电"的新时代。

时间来到80年代，比联合式航电系统在技术和性能上更加领先的综合式航电已然诞生，其以功能区概念、高速数据总线、标准电子模块以及采用Ada语言编程作为主要特点，以实现高度模块化、系统容错和系统重构。提出于20世纪80年代初的"宝石柱"航电发展计划，乃至F22的航电系统即为综合式航电系统的典型代表。其具有高度综合化、共用化和模块化的特征，在满足飞机作战效能、可采购性和保障性的三要素方面，相较于联合式航电拥有了质的飞跃。之后于20世纪90年代中后期出现，在综合航电系统上进一步发展而来的先进综合航电系统则在其基础上实现了通过采用统一航电网络、采用开放式系统结构和商用货架产品实现了传感器的高度综合和低成本。然而我们知道，本文的标题是F22的航电，而先进综电是F35才用上了的，所以在此，不会过多赘述。接下来本文将为"宝石柱"综合式航电系统进行详细阐述。

"宝石柱"的设计思想在于高度综合化的航电系统、资源共享、高作战实用性、低飞行员负担以及高系统可靠性及维修性质。要实现这种思想，首先需要做到系统信息融合、资源共享、系统容错和重构，并提高系统性能、可靠性和可负担性，并通过不同的要素进行实现。例如功能区概念将系统按照功能划分为三个处理不同任务的功能区以提高系统的综合程度，因而让航电系统终于成为了先进战机的“大脑”。（其联合式航电概念上应该是每个传感器都有专门的处理器对接收的信号进行处理，然后再由中央处理器对其下的处理器控制，而"宝石柱"综合式航电系统则是将全部传感器信息全部经由一个中央出了进行处理，但是在软件层面进行分区）

在大脑之外，负责联通各个终端的“神经”则是高速数据总线，其具有大容量数据传输、容错、重构和资源共享的有点。总线上的每个终端对总线中数据都具有存取和访问的能力，其传输速度比联合式航电要快上数十倍。比如说F-22从传感器前端到核心处理单元的2部CIP处理器之间，走的是400Mbps的光纤数据总线，至于核心处理单元的2部处理器与大容量内存单元之间，则是通过HSDB数据总线互连。而从核心处理单元到座舱显示器之间，也是走400Mbps的光纤。（这就是所谓的光传飞控吗？）

另外，综合式航电系统采用模块化的结构，其每个模块都承担了航电系统的一部分工作，在某一模块发生故障而无法承担任务时，可以用其他仍然正常的模块进行替代。另外，模块化结构意味着故障可以通过机内检查被隔离进可更换的外场模块中，减轻后勤维护的负担，在航电任务的分配上同样如此——外场模块可以通过软件的动态加载从而被分配任务，提升系统的容错性。

AN/APG-77有源相控阵雷达

先从相控阵雷达的原理开始说，其本质上讲靠的是波的干涉现象，两个完全同步的电磁波波，当各自碰在一起之后，垂直于它们中心连接方向上的波纹得到强化，而其它方向上的波纹则逐渐消失了，这是两个电磁波完全同步的波纹现象。而如果两个波不完全同步的话，两个波纹之间就产生了相位的移动，我们就叫相移。

我们可以用计算机来控制每一个单元所发出来的电磁波的相位差，实现在它们相互干涉之后，增强我们需要方向的电磁波。

这就是相控阵雷达自己不转动却能控制波束指向的原因

有源相控阵就是每个天线单元都自带发射器，无源相控阵就是只有一个主发射模块，其他都是被动接收。因此从某种角度上讲，有源相控阵雷达每一个发射组建都可以视为独立的雷达。因此有源相控阵雷达体制具有工作模式灵活、波束捷变性高的优势，有源相控阵使波束或波束群实际上可以瞬时在整个扫描图内转换，雷达能以多个波束快速扫描空间，扫描120°的空间只需要数毫秒。而且雷达能同时以几种模式有效地工作，使工作灵活性发挥到最大，快速改变雷达波束的频率、方向、功率和波形。能够在波束主瓣以及波束旁瓣都不受到敌方干扰的同时用其他波束展开欺骗措施。

对于AN/APG77雷达来说，这些工作模式可以同时进行

先进电子技术加持下AN/APG-77有源相控阵雷达的能力非常强悍，可通过频率捷变技术转变雷达工作频率，使得敌机难以区分雷达辐射；运用复杂脉冲串调制技术，避免信息被传统技术提取，信号处理机阵列复杂；可分析所有有用的目标特征，进一步提高雷达性能并且致盲敌雷达；（以上性能先进服役的相控阵雷达都能做到，具体达到那种程度就看技术了）

AN/APG77雷达数据如下：

工作频率:8 ~ 12GHz

扫描方位:士90°:

机动空战:30° x20° ;

垂直扫描: 10° x60° ;

真实波束地形测绘: 148km ;

探测距离: 232km (对RCS为1m²的目标) ;

得益于其发射功率和天线尺寸的优势，时至今日，AN/APG-77有源相控阵雷达仍然是在探测距离硬指标上的NO.1（仅限于战斗机中已经公开的数据，不包括保密的）

其还具有合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)两种特殊扫描模式，合成孔径简单的说就是动对静探测，简单的说就是通过飞机在不同时间不同空间对同一个目标的扫描，利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。从而使得可以对扫描目标进行建模。主要用于空对地模式。而逆合成孔径扫描模式顾名思义则完全相反，是通过目标的运动来使静态的雷达可以对动态的目标进行建模。（老实说我个人不理解F22的自身运动为什么不对逆合成孔径雷达造成影响）据报道AN/APG-77利用逆合成孔径雷达(ISAR)工作状态下对目标的超高分辨率达到约30cm，然后还可以结合喷气发动机调制(JEM)技术，通过喷气发动机转动的叶片将对回波的相频特性产生调制作用，算出敌机的叶片数量和运转角速度，然后比对数据库，实现敌我识别，也就是非合作目标识别(NCTR)能力，可不通过敌我识别装置(IFF) 的问讯/应答进行远距离目标分类。

AN/ALR-94无源探测雷达

F22的电子战系统包括由BAE系统公司研制的AN/ALR-94无源接收机和AN/ALE-52 对抗投放器（这玩意我印象中其投放的诱饵弹非常特殊，但是现在也找不到资料了），AN/ALR-94可能是F22上最复杂的电子设备，由保形电子战天线、电子元件和处理器组成，在全方向具有雷达告警、电子支援措施(ESM)、导弹发射探测、精确测向和窄波束交替搜索与跟踪功能，还可控制箔条及红外诱饵弹的投放。

无源EW/ESM包括： (1) 6个雷达告警接收机(RWR)螺旋天线，4个位于左侧、右侧、前面和后面，两个位于顶部和底部，工作在2 ~ 18GHz频率

因为是无源探测，相比于有源探测来说雷达波在探测同样距离的目标时传播路径只有其的一半损耗更少，且不用考虑敌机的反射特征，因此探测距离更远，达到了460公里以上，但是有个问题，因为我们不知道雷达波的发射时间，不能根据发射和接收雷达的时间差计算两机距离，因此再先进的无源探测也只能测角度不能测距离（当然也可以可以通过两机间的高速飞行数据链进行处理来测距离，然后静默状态下引导导弹攻击，理论上也可以通过我机的S形机动的方式来改变我机相对敌机的角度的方式模糊定位，但是没有资料显示AN/ALR-94具备这种能力，也就作罢），对于受到功率较小的电磁波探险时，可以判定其是低威胁目标，在敌机相对靠近时（通过功率变化判断距离变化），在185公里～220公里左右引导AN/APG-77雷达进行搜索，以方位角±2°和仰角±2°度的低可探测性窄波束进行高精度探测与定位（感觉好类似雪豹E的凝聚模式啊）。或者说对于近距离高等威胁敌机，其一旦开启雷达，AN/ALR-94可为导弹攻击提供所需全部数据，引导导弹进行反辐射攻击。

AN/AAR-56红外预警系统

该系统由6个光学孔径组成，相比于其他三代机要多了很多，具备360度红外预警探测能力，个人认为已经具备了EODAS的雏形。

机头的光学孔径，可以看到光圈较小，探测角分辨率会比较低?

很很多人认为的不同，事实上AN/AAR-56具备成像功能，只是受限于F22没有配置头盔显示器无法头晕罢了（详见BV1m7411d7Eg），也许之后升级会将其升级到真正的EODAS的。

不过和传统认知中F22不具备离轴发射格斗弹能力不同，传统格斗弹的发射不需要依赖火控雷达锁定，依靠红外格斗弹自己的红外引导头进行锁定，而有了头盔瞄准镜之后，头盔瞄准镜和红外引导头进行联动，可以离轴锁定目标，实现离轴发射。而对于F22来说，受限于弹仓会对红外格斗弹的视场产生遮蔽（而F35拥有高精度的EODAS和EOTS可以靠飞机自己实现对格斗弹的全向指引），在初期和3.2增量中没有配置头盔瞄准镜，但这并不意味着F22不具备离轴发射能力，通过雷达进行扫描，且其测距功能能自动选择最近的目标加以锁定，这就称之为“‘响尾蛇’扩展目获模式”（SEAM）。

F22发射格斗弹离开弹仓后迅速转向，这表明导弹锁定的目标可能一开始就不再飞机中轴线上，也就是离轴发射，显示雷达搭配旧型 “响尾蛇”导弹仍有相当大的瞄准角度

通讯

F22的通讯能力备受各位吐槽，其本质原因是不能融入Link16数据链，然而这也是没有办法的事，Link16数据链所用的刀状天线，事实上无论是在外形隐身上，还是在信号隐蔽性方面，都达不到四代机所需要的隐身需求。F22的通信、导航与识别(CNI)系统由TRW公司提供，在单机箱内实现通信、导航与识别功能。CNI的信号处理和数据处理在通用综合处理机(CIP)中进行，每个CNI功能都有相关天线，所有CNI天线都是共形的（可以理解为相控阵，同样是利用电磁波相位差来实现定向通讯的），为窄带波束可控阵列，以保护飞机的隐身特性。

CNI系统的功能包括: HF通信、VHF AM/FM通信、UHF AM通信、单信道地面和机载无线电系统、空-地-空抗干扰VHF通信、抗干扰保密语音通信、空军卫星通信(AFSATCOM)、联合战术信息分配系统(JTIDS)、UHF舰队卫星通信(FLTSATCOM)、 LRG 100惯性参考装置(IRS) 1全球定位系统(GPS)、塔康(TACAN)、伏尔(VOR) /仪表着陆系统(ILS)(下滑信标台、着陆航向信标台和指向信标接收机)、微波着陆系统(MLS)、Link11、Link4、威胁告警和防撞系统(TCAS)、增强型定位和报告系统(EPLRS)、敌我识别(FF)、S模式应答机、离散地址信标系统以及内部飞行数据链(IFDL)。

F22飞行数据链拥有两种操作模式:“编队内通信模式”和“编队间通信模式”。“编队内通信模式”是一种小范围的局域网，最多可支持4架F22进行编队内部的数据交换；而“编队间通信模式”是一种较大范围的数据网络，最多可支持4个F22编队的长机进行数据交换，因此，飞行数据链最多可支持16架F22组成的一个大编队进行空中作战。具体的作战模式是: 16机分成4个4机小编队，每个小编队内部的4架飞机可通过飞行数据链的“编队内通信模式”进行信息交换:各个小编队内各有1架长机，4个小编队的长机之间则可通过飞行数据链的“编队间通信模式”进行信息交换。空战中，整个编队只要求位置最为突前的两架F -22的机载雷达保持开机状态，并将探测的目标信息与其他F22战机共享，而大编队的其他14架F22则保持雷达静默，以降低射频信号被敌方截获的概率，从而达到出奇制胜的目的。

显示

F22的座舱是典型的一平六下式布局，平显可提供30° (水平) x20° (垂直)视场。

两个前上方显示器：尺寸为76.2mm×101.6mm，左侧前上显示器主要显示CNI状态和综合告警系统提供的警告和注意信息，右侧前上显示器则显示关键飞行信息，如航向、姿态、高度，并作为备用飞行地平仪和燃油量指示表，两个前上方显示器互为备份，内容可互换。

主多功能显示器(PMFD) ：位于显示控制面板中央，通常作为战场态势显示器，以俯视图形式向飞行员实时显示战场图像，尺寸为203.2mmx203.2mm。

3个辅助多功能显示器(SMFD)：在主多功能显示器右侧的是攻击显示器，尺寸为152 .4mmx 152.4mm，除采用与主多功能显示器相同的图符外，还增加了导弹控制符号、相对高度信息，功能是显示攻击清单所列目标的跟踪与攻击信息，以及僚机攻击清单上的目标信息，以文本方式列出本机的武器状态。还显示有导弹发射控制标尺和敌我导弹的投放距离包线等信息。

在主多功能显示器左侧的是防御显示器，尺寸为152 4mm x 152.4mm，通常显示可能会对本机产生威胁的敌机防御信息，包括空中和地面威胁源的跟踪、瞄准与发射信息。还显示与跟踪空中和地面发射的导弹，及整个战场的侧视图。另外，在防御显示器上还列出了本机红外诱佴弹和箱条弹的剩余。

在主多功能显示器下方还有一一个显示器，显示子系统信息，提供飞机管理数据，如检查顺序单、子系统状态、发动机推力、外挂管理、测试报告等，飞行员可调用多达10种显示模式。

油门和驾驶杆采用手不离杆设计，通过手不离油门驾驶杆可以控制最多60种功能。此外显示屏是非触摸屏，在显示屏周围有一圈实体按键可以作为备份。

目前谈起F22的航电，现在很多军迷的印象已经成了落后于时代的，但回顾当年，F22刚出的时代，同期的飞机也就是F2，J10A这样的，可以说F22的航电系统在当年也是傲然于世的。但是比较可惜的是，相比于外形，内部的航电对于战斗机来说升级更为容易，一时的先进不能代表一世的先进。很快，原本只有F22拥有的技术下放到了升级的三代机中，而F22因为生产线的过早关停和升级的滞后，其原本的航电优势迅速的被后来者追上甚至赶超，这也是为什么很多人觉得F22落后的原因，但很多人喜欢极端化，事实上F22也都是新世纪生产的飞机，其高端的配置也不是很快能被技术进步全面磨灭了的，总的来说F22的航电有相对的技术劣势（和新入列的先进五代机比）和绝对的技术优势（和目前的主力战机比）。而目前美国空军也认识到了这点，升级计划虽然有阻碍，但是也在有条不絮的进行之中。

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