四代机的火控系统

1、假想我四代机的火控系统有人驾驶战斗机所采用的航空火控系统架构经历了三个时代。第一代是由机电式瞄准具、单脉冲火控雷达、红外传感器、气压传感器与陀螺组件构成的分立航空火控系统；分立式航电架构中的各类分系统互相隔离、没有通信，在座舱内也是独立显示。第二代是以综合导航及瞄准功能的数字式平视显示器为主体,与大气数据计算机、惯性导航系统、脉冲多普勒雷达等组成了数字化分布式的交联式航空火控系统；交联式航电架构中的分系统分别处理自己的信号和数据并且将数据共享给武器任务计算机，由武器任务计算机综合显示到平显和座舱内的多功能显示器上。第三代是以数据总线为信息交换通道,将各功能子系统信号以及数据处理集中于通用综合处理器统一处理和显示的航空综合火控系统；综合火控系统架构就是目前新一代战斗机所采用的火控系统架构，其关键在于构建一个以通用综合处理器为核心的火控体系。美国的航空综合火控系统源于其在上世纪八十年代开始的“宝石柱”计划。其实质是以超高速集成电路和通用模块为基础，采用高速数据总线和计算机联网等技术手段，实现航空电子综合系统的高度综合。雷达、通信和电子对抗等射频设备首先要进行的是信号处理再将信号处理中识别出

2、的数据进行数据处理，这样整机全部系统都能实现数据共享。更晚研制的F-35多用途隐身机采用了更先进的“宝石台”航电架构，将F/A-22未彻底完成的航电综合进行得更加彻底。F-35多用途隐身机采用分层而不是分系统的设计理念，雷达、通信和电子对抗等分系统被统一为射频天线，其雷达属于宽频带有源相控阵雷达不仅仅能完成F/A-22已经具备的传感器和有源干扰功能，还可以完成定向通信、导航和更全面的电子对抗功能。J20本身作为一型集隐身、超音速巡航和超机动性的新一代先进作战平台，只有在综合航空电子系统和新一代机载武器助力下才能形成完整的作战能力。不同于气动外形，航空电子系统和机载武器系统很难通过飞机的外观进行直接的分析，在这里笔者希望通过世界各国尤其是中国在相关领域的研究情况来间接推测J20的机载火控系统尤其是各种机载传感器的综合应用。雷达作为火控系统中最为重要的传感器一向是关注热点。已经曝光的网络图片，J20机头部分采用了统一的墨绿色整体涂装，为分析J20机载雷达安装位置和大概面积造成了麻烦。但是看过J20照片后发现，J20座舱与机头的距离相对较近，座舱前缘已经延伸到了机头的收缩段。这说明J20机载

3、雷达的体积比较小，而根据J20的作战任务定位，要达到所需功率必须要有800-1500个T/R组件，J20机载雷达本身很可能只剩下完成射频发射/接收的有源相控阵天线，而雷达的信号和数据处理交给了飞机的通用综合处理器，这也是新一代战斗机通常采用的传感器网络架构。新公布出的J20清晰图片，在其机头和腹部，笔者欣喜的发现了数个共形天线和光电传感器孔径，这说明其极有可能采用了先进的分布式光电系统。目前国外采用的分布式光电系统的作战飞机只有F-35一种，根据有关资料，分布式综合光电系统由两部分组成：而即光电瞄准系统(EOST)和光电分布式孔径传感器系统(EODAS)，其中EODAS系统的6个光电传感器分别安装在机身的6个特定部位，采用先进信号编码来搜集360度范围内的各种信息包括导航、导弹告警和红外搜索、跟踪)以及态势感知能力，通过后台数据的融合可以为飞行员提供一个球形视野达到空战无盲区的境界。分布式综合光电系统的好处在于传感器廉价高效，分布式布置，无探测盲区；处理系统高度集中，信息集成度极高，这也正是现阶段火控系统发展的大方向。而其难度主要在于如何在不影响整机气动性能的前提下融入机体机构以及庞大

4、信息量的传输与处理。我国从上世纪60年代就开始研制机载红外搜索与跟踪系统，最初研制是安装在歼-6飞机的航二甲机载红外探测系统，该系统采用单元硫化铅器件，探测距离较近，抗干扰能力差，因此没有投入实用，进入80年代我国开始研制新一代机载IRST系统，该系统比第一代系统有明显的技术进步，采用线列锑化铟阵器件，对作战飞机的尾追探测距离可以达到40千米左右，迎头则为15千米。而现有的技术据信已达到同期欧美先进水平，即迎头40千米，尾追约80千米。鉴于分布式光电系统有大量未经处理的中间数据需要传递，推测J20的航电系统的传输介质是光纤。笔者认为，我国歼-20配备分布式综合光电系统，其原因在于隐身飞机空战中，光电系统的作用显著增强，这是因为由于隐身技术的运用，雷达的效能明显下降，根据雷达距离公式，雷达探测距离与目标RCS的四次方根呈正比，也就是当目标RCS下降1/10，雷达探测距离降低一半左右，如果根据海外媒体推测的数据,歼-20的RCS在0.05平方米，而F-22在0.01左右，而目前机载火控雷达对RCS=5平方米的目标探测距离大约在100-200千米左右，这样歼-20的RCS相当于其的1%,那么

5、探测距离下降1/3左右，而F-22则在1/5左右，除此之外，电子战系统也在不断技术，尽管现代机载火控雷达普遍采用了低截获概念模式，特别是新型AESA具备猝发等模式，可以迅速完成对目标的探测与识别，但是随着射频储存技术的普及，现代电子支援系统对于AESA探测能力也在不断的提高，所以对于隐身战斗机来说，雷达开机时间越短越好，但是对于战斗机来说，不开雷达就意味着失去了对战场空情信息掌握的主要手段，而更加依赖外部信息情报支援系统，但是再先进的系统也无法保证对战场所有目标都做到有效探测，特别是在对方也有隐身飞机的时候更是如此，还有就是隐身飞机与外部信息情报支援系统进行信息交换也是个问题，隐身飞机配备的数据链一般方向性较好，但使用范围受到限制，这样就降低了与外部信息情报支援系统进行信息交换能力，这样就有可能造成对方战斗机避开我方信息系统的探测，逼近我方战斗机发起突然袭击，这时隐身作战飞机就需要另外一种探测手段，以便在雷达不开机的情况下仍旧能够维持对周围空情的掌握，光电系统属于被动探测系统，不发射电磁波，隐蔽性好就成为不二的选择。光电系统最大的优点还在于它对隐身飞机的探测能力主要针对目前隐身飞机设计的软肋-红外隐身。四代机来说，它具备超音速巡航能力，这样在长时间的飞行过程中，由于机体和空气的摩擦生热，从而让飞机机体温度升高，此外阳光照射到机体表面也会让增加红外辐射强度，对于涂有隐身涂料的飞机来说，隐身涂料的原理就是把照射到本机的雷达电波转换成热量，从而避免电波反射，但是这个过程也会增加机体表面的温度，尽管有的隐身飞机也会采取一些隐身措施，比如用机翼或者尾翼遮挡喷口、采用二元喷管等措施，但是都没有从根本上解决问题，因为对于战斗机来说隐身虽然是一个关键指标，但是还要综合其他性能等进行全面考虑，比如采用S形喷口并且在喷流喷出前掺入冷空气，可以有效的降低喷口和尾流的温度，但是这样会造成推力的损失、并且增加飞机的重量，从而降低飞机的机动性能，所以S形喷口只在F-117型隐身攻击机采用，F-22采用的二元尾喷口以保持飞机的机动性能，这样就会红外探测系统提供了使用的空间，这也是为什么俄罗斯T-50即便付出RCS增加了代价也要使用传统的IRST的主要原因。开放式的架构再加上先进的传感器，相信火控系统一定会成为四代机各子系统中强势的一环。

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