转贴 枭龙航电系统点评:机载计算机比F16C/D快10倍

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航电系统

FC—1的航电系统从一开始就是重点中的重点,从“佩刀”Ⅱ项目开始,巴基斯坦就把航电系统锁定在先进的数字航电系统上。上世纪80—90年代,西方航电系统发展很快,以标准MIL—STD一1553B总线为核心的航电系统迅速成熟,出现了大量工业化、标准化系统组件,为该项目的实施奠定了基础。


巴基斯坦的F一16A/B采用早期MIL—STD一1553A总线,新的航电系统结构设计和其架构基本相似,采用自顶而下的集中分布式结构,通过两条互为备份的1553B数据总线将机上所有航电设备联网,能集控制、传感器、显示、通讯、网络等多种技术为一体,不仅能发挥传统火控系统、航空仪表等作用,还能实现资源共享、数据融合,甚至部分信息融合的能力,可以结合全玻璃化座舱,为飞行员提供更好的信息和更好的人机界面。


FC一1的航电系统以武器任务管理计算机(WMMC)为核心,以模块化方式管理雷达、惯导、电子战、通讯导航与识别、机电管理、外挂管理、大气数据和飞控系统等。武器任务管理系统由两台采用高性能PPC处理器的多余度高容错机载计算机为核心,分别作为总线管理器管理一条双余度1553B数据总线。这两台计算机和总线互为备份,运行系统作战飞行软件包,完成整个航电系统的任务管理和操纵控制,同时还要完成火控解算、外挂管理、信息综合、数据传输等任务,以显示和语音警告等方式,并能够自动控制各子系统的运行,监控其运行状况。FC一1采用的任务计算机性能强大,计算速度比F一16C/D快了10倍以上,存储器容量也增加到30倍以上,基本与F一16最新改进批次能力相当。其任务计算采用模块式结构,可以通过升级CPL子卡或增加CPU子卡进一步提升性能。由于其核心地位,升级任务计算机硬件和软件可以有效提高战斗机航电性能,从而提高飞机作战性能,以对抗不断出现的新威胁。


雷达雷达系统是现代战斗机最重要的航电子系统。中国在整个80年代(包括90年代初期),在机载雷达方面屡遭挫折,一方面自身技术力量无法解决高性能脉冲多普勒雷达的问题,外购努力也多次被政治因素干扰而失败。但迫切的需求让雷达工业集中精力发展攻关,2004年FC一1航电工程正式研制时,中国机载雷达已经摆脱了无法生产先进脉冲多普勒雷达的窘境。巴基斯坦最初选择意大利GRIFO雷达,它是意大利FIAR公司在70年代为意大利和巴西联合生产的轻型攻击机AMX研制的。90年代初,FIAR公司对这种轻型雷达进行一系列改进,使其进入当时最为热门的F一5E/F系列战斗机改进、“幻影”Ⅲ/5战斗机系列改进和米格一21/歼7战斗机系列改进的市场中,累计销售超过400台。巴基斯坦是这种雷达的最大用户,一共采购了超过200台用于“幻影”和歼7系列战斗机。GRIFO$2000雷达是意大利FIAR公司的最新产品,专为超一7计划开发,同时还参加过欧洲F一16MLU中期延寿改进计划的竞争。


GRIFO雷达从一开始设计就采用低旁瓣平板裂缝天线和小型中央行波管,具有可编程的快速傅立叶变换处理器,因此具有很大的扩展弹性空间(和同时代的轻型雷达相比);采用了脉冲压缩、频率捷变、单脉冲测角体制,具有很好的电磁兼容性和抗电子干扰能力,无故障间隔指标也非常出色。第一台GRIFO雷达工厂编号P2801,于1985年装机试验,1988年正式推出,被称为GRIFO—ASV,是专门研制的对地对海火控雷达。它具有很好的单目标跟踪和海面目标边跟踪边扫描的能力,有地形回避和真实波束成像的能力,对低空飞行的空中目标也有探测能力;采用中、低脉冲重复频率,对典型的军舰目标(RCS=1000米。)最大探测距离达到102公里,对空中目标(RCS=5平米)最大探测距离36公里。这种雷达在意大利和巴西采购的AMX上共装备180台。


1990年,世界第二代战斗机改装热潮兴起,FIAR公司在GRIFO—ASV基础上发展了GRIFO—X雷达,编号P2803。这种雷达采用高中低全脉冲重复率,更适合战斗机使用,可以提供更多的空对空能力和一定的下视下射能力;同时更新了更强大的火控计算机,可以提供更复杂的对空对地功能。1992年,该雷达成功取得新加坡F一5E/F战斗机改装合同,共计订购43部,这批雷达的编号为P2804,并发展了专用的小直径天线。1996年,这种雷达进入巴基斯坦,用来更换“幻影”Ⅲ/5上的“西诺拉”雷达。这批雷达是GRIFO系列中最大的一种,对海面目标探测距离超111公里,对空中目标也超过50公里,具有下视能力。巴基斯坦对这批雷达的性能感到满意,因此在1997年采购上百台缩小天线的雷达装备歼7系列战斗机。


GRIFO的最新型号是S2000型,据称比美国F一16的AN/APG一66雷达更先进、强大。GRIFO S2000型仍然采用I,J波段,有一个直径600毫米的平板缝隙天线,天线峰值功率从850瓦提高到1.5千瓦,需要2千瓦的电源供应,平均功率从350瓦提高到800瓦;更新了雷达的数字处理器,极大增强了对空探测能力,能够在TWS边跟踪边扫描功能中同时跟踪8个目标,最大探测距离达到70公里,下视最大探测距离37公里。对海探测距离大于120公里。


GRIFO S2000的空对空功能:瞄准截获,用于空中格斗,雷达波束宽、扫描速度快;平显截获,也用于空中格斗,主要用于采用平显火控的红外空空导弹,雷达扫描宽度略大于平显;双目标跟踪模式,主要用于远距离监视或者中距攻击;自适应边搜索边测距,雷达根据目标的特性自动调整脉冲重复频率,减小距离模糊;边搜索边测距,属于手动模式,适用于较复杂的空战环境或电子干扰环境;单目标跟踪,这是雷达的最基本性能,几乎所有武器射控都将会使用这一功能;边跟踪边扫描,这是利用计算机对雷达信号的存储建立的多目标信息轨迹,用于战术环境监视;可偏转扫描,适用于目标出现在飞机侧面;瞄准线扫描,用于火炮控制。此外,还有速度解惑、垂直截获等等16种对空工作模式。

GRIFO S2000的空对地功能:空对地测距,最基本的控制功能,适用于武器的投放数据装定;多普勒波束锐化8:1和64:1,这个功能可以对地面形成高精度雷达图像;真实波束测绘,另一种雷达图像获得的方法,可以获得较大的图像;图形冻结,飞机存储先前地形雷达成像的图像,允许雷达关闭时继续使用和显示图像。此外,还有地面动目标指示、海面/地面动目标跟踪、海情探测、单目标跟踪等共计13种对地攻击模式。


GRI FO 92000的导航功能:信标导航,可以对I/J波段的信标信号进行测向和跟踪;气象探测,雷达可以探测到较大的雨云团、结冰区等,有利于飞机避开这些区域飞行;地形回避和地形跟踪,超低空飞行模式,适用于攻击和突防。


GRIFO S2000型雷达已经非常接近于成功了,不过1998年后巴基斯坦因为核问题遭到西方七国的联合制裁,先进雷达也属于制裁范围,获得的渠道和可能性变得不稳定。另外,尽管GRIFO雷达标称MTBF无故障间隔时间长达200~250小时,但样机在试飞中屡屡出现问题。虽然FIAR公司承诺解决问题,但还是为其前景带来一丝阴影。此外,考虑到使用武器的火控问题,中国计划向巴基斯坦输出SD一10先进中距空空导弹,这种导弹很显然和中国自己的雷达等设备的兼容性会更好。另外,该导弹的射程较远,GRIFO S2000性能略有不足。


2006年试飞的FC一1全状态飞机,其中一架安装早期制定的西方航电进行飞行定型,另一架较晚的安装完全由中国提供的雷达等航电设备进行武器系统试飞,最后让巴基斯坦在两者中选择其一作为标准生产型装备。中国提供的雷达据悉来自于雷华电子研究所,天线口径比意大利产品大一些,达到620毫米,使用4个LRU外场可更换单元组件,重量约110公斤,比意大利产品重。该雷达的功率和探测距离均比意大利货更强,采用自适应全波形自适应脉冲压缩,最大探测距离超过80公里,能同时跟踪10个目标,能够同时打击2个目标,同样具有很强的抗干扰性和电磁兼容性能。显然,这种性能更强大的雷达也许更适合巴基斯坦选择,两者售价都在180~220万美元之间,中国生产的雷达略贵一些。


前视红外及其红外搜索与跟踪系统(IRST) 这是一个选装件,飞机上预留了这一系统的空间和电子通道。IRST的最大好处是具有很强的全天候作战能力,特别是夜间作战能力,允许飞机在保持雷达静默的情况下直接探测并跟踪目标,并直接形成火控信息。早期的美国第二代战斗机大多都选择IRST作为雷达的备份,苏联米格一29和苏一27也将其看作为标准的飞机传感器。可用于FC—1战斗机的IRST系统有多个选择:米格设计局曾经以设计咨询公司的身份参加了FC一1的研制工作,他们强烈推荐使用俄罗斯自米格一29上改进的OLSK一29ME型IRST。这种设备重量约60公斤,采用经过改进的液氮“斯特林”冷却器,使用4×128元锑化铟探测器,对3-5微米波长的红外信号敏感,可对空域进行线性扫描或者提供小视场前视红外图像,对米格一21大小的战斗机目标最大探测距离超过70公里(高度10000米、后半球、开加力),正常探测距离15~30公里。


激光探测器采用钇铝石榴石,波长1.06微米,最大测距距离7~10公里。两者共用一个直径为120毫米的光学孔径。


中国也提供一个类似于俄罗斯的产品,意大利则有一个重量较轻的型号,系统重量只有37公斤,光学孔径82毫米,最大探测距离10~35公里,不过没有集成激光测距仪。这三者价格相差不大。此外,航电系统也为未来的攻击,导航吊舱预留了硬件和软件接口。中国在珠海航展上已经展示了两种吊舱,一种是专门用于超低空突防的“蓝天”吊舱,另一种则是集成了前视红外成像、高清晰度电视、激光测距和照射的专用攻击吊舱。FC一1战斗机在腹部和进气道两侧预留了挂载这些吊舱的位置和线路。


惯性导航系统从“佩刀”Ⅱ计划开始时,巴基斯坦就强烈要求航电系统中必须具有综合惯性导航系统。FC一1充分考虑了这一需要,根据时代的进步和发展,FC一1最后选择了一套内置GPS功能的环形激光陀螺惯性导航系统。这是一套和世界同步的先进导航系统。一般来说,传统机械式扰性陀螺的惯导系统具有性能稳定、精度高等优点,但是环形激光陀螺却具有成本低廉、体积小、无活动部件、抗震动能力强等优势。特别是后者不需要挠性陀螺那么漫长的启动对准时间,只要通电很快就可以实现对准;而挠性陀螺至少需要15~30分钟的启动,这无疑增加了战斗机出动的地面检测工作量,降低了快速出动性能。


在传统的惯性导航系统中内置GPS系统,可以提供长时效、高精度的绝对坐标信息,有助于消除传统惯性导航系统随工作时间形成的精度飘移,能够始终将惯性导航系统精度保持在一个很高的水平上,而无需价格极度昂贵的超高精密陀螺。尽管目前GPS信号受到美国管制,而且只开放民用通道,不过其性能上的优势还是无法抵挡的:一方面,现在的民用信号精度已经相当高,并且还可以通过在地面架设差分台站,同样能够将GPS精度提高到美国军用标准。大多数战斗机都还在使用传统的“塔康”无线定位系统,差分台站可以和“塔康”台站一同使用和部署,成本很低且效益很大。另一方面,从90年代以后的数次局部战争看,美国并没有将民用信号的编码扰乱,GPS在战争时期的可靠性还是有一定保证的。特别是在目前GPS民用应用范围越来越广,改动信号本身就是一个巨大的战略问题,再加上和GPS有一定兼容性的欧洲“伽利略”星座即将投入运行,更为信号的安全性提供了保障。


惯性导航系统是现代战斗机一个非常重要的系统,它不仅要提供战斗机具体位置等地理信息,还必须向战斗机上的其他系统提供高精度飞机姿态、运动矢量以及各轴向加速度等参数。采用了电传操纵系统的飞控系统将利用这些信号监控飞机状态,并按照控制规律产生主动控制信号,这样才能让静不安定飞机平稳飞行。惯性导航系统同时也能为一些武器提供发射前的基准信号,比如先进空空导弹,其与目标间的运动空间关系精确度至关重要。这个精度决定了载机平台提供给导弹引导信号的精度,导弹导引头的视野和探测距离有限,从接近目标到飞过探测区也不过十几秒的时间。误差大了,目标有可能出现在导弹视野边缘,这个区域的存留时间更小,因此先进空空导弹都要求载机安装更好的惯导系统,这从F一16系列改装到可以发射AIM一120导弹的工作中就可以看出来。同理,惯导系统对使用其他制导武器的重要性也是一样的。在导航方面,有了惯导系统以后可以使用全三维地理信息系统。因为飞机和地面都可以精确定位,三维地图不仅可以让飞机在保持电磁静默的条件下作地形回避飞行,还能更精确地标注出威胁目标的准确位置,比如山脊背后的高炮阵地,传统的地图系统只能在平面图纸上显示一个点,而在三维地图上则可以看到哪个点在地形的什么方位,有利于更加安全的攻击或者是规避。


大气计算机系统这是一个飞行环境的传感器系统。FC一1采用新型数字式分布式压力传感器,传感器本身融压力传感和测量解算为一体,直接在传感器采样,用数字式信号传输,不再需要压力管路,可靠性得到很大提高;而且不再需要集中布置,可以分散到飞机机体的各个部位,更有利于减小阻力,测量精度也大大提高。大气计算机通过数据采样汇总、计算,向飞行员提供飞机的空速、速压、大气温度、真实迎角等姿态和运动参数,同时也向飞控系统提供相应的大气数据,供飞控系统按照气流情况以最合适的程序控制飞行动作。大气计算机可以为航炮、火箭弹、常规炸弹等武器的投放提供更高的瞄准精度和更好的落点计算


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