歼-20的航电架构，超越F-22和F-35

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所谓一代飞机一代航电,随着信息化技术的发展,航空电子系统已经成为战斗机战斗力最重要的组成部分.作为第五代战斗机，歼-20的航电系统当然性能卓越，独具特色。
什么是航电和航电架构？
航电，英文是Avionics，由Aviation（航空）和Electronics（电子）两个字组合而成，是个工程专有名词。现代作战飞机的航电系统，大致包括以下几个模块：探测系统（发现敌人在哪）、火力控制系统（让武器能够打中敌人）、飞行控制系统（飞机怎么飞）、推力控制系统（发动机怎么运行）、电子战系统（不让敌人发现、攻击、命中我）、通信系统（告诉自己人我在干嘛/要我干嘛）、导航系统（往哪飞）、座舱显示系统（人机交互）和自检系统（发现问题），以及将所有这些功能模块整合为一体的综合航电架构。现代战斗机的航电设备重量仅占总重的10%左右，研发成本却超过总成本的40%以上，成为全机最关键的系统。
要清楚地讲明白什么是航电系统，先得来说说顶层设计的航电架构，就是各种设备如何组合成一套完整的航电系统。在此前的二代机（苏/俄标准，后来根据美标和新俄标，称为第三代战斗机，文中此后都以新划代标准来表述）时代，航电架构是分立式，一条线路只连接一套设备，以点对点的方式传输模拟信号（如早期的F-4）或数字信号（如后期的F-14，1972年入役的F-14属于早期四代机，但航电架构上还是三代水平)。每个子系统都必须由驾驶员单独控制，阅读理解其提供的原始信息并作出判断与操作。整个系统非常复杂、线缆重量大、维护困难。
四代机采用联合式架构，每个子系统都配有专用数字式计算机执行特定的功能，例如四代半的“台风”战斗机，全机共配备了40台处理器。子系统之间通过“总线”（Bus）交联，即以一条多冗余平衡通信线路并联多项设备，多个数据流分时在同一条线路上传输，实现了信息统一调度。飞行员接收到的是经过处理的有效信息，大大减轻了工作负担。总线技术将以前密如蛛网的多对多线路整合为一条数据高速公路，大幅降低了线路重量与复杂程度，可维护性也大幅提高。广泛应用于四代机上的MIL-STD-1553就是最典型的军用数据总线。
联合式架构的主要缺陷在于众多处理器分布在各处彼此独立工作，各自都有过剩的数据处理能力却无法综合利用，浪费了大量空间和能耗。
到了五代机，航电架构演变为模块化整合式，各传感器设备不再配备独立处理器，其产生的数据信息经过高速光纤数据总线传输，统一交给中央计算机的通用集成处理器 - CIP（CommonIntegrated Processor）进行处理。CIP类似于商用的刀片式服务器，利用多处理器的平行运算架构同时执行多项任务，或者集中资源运行某项高优先级任务。这种数据处理整合方式可以依据任务需求动态调配运算能力，还能更好地实现数据资料融合。



三代机的终极改进版：F-15沉默鹰的部分航电设备



分立式和联合式的结构对比

F-22的“宝石柱”和F-35的“宝石台”
模块化整合式架构中最著名的（也是最早的）应用当属美国F-22战斗机的“宝石柱” （Pave Pillar）系统，另一个用户是已经下马的RAH-66“科曼奇”隐身武装直升机。它的最大优势就是将雷达和电子战系统的数字化信号送到中央处理器进行综合分析，跨感测器的融合运算甚至能找到单一感测器无法发现的目标。
必须指出的是，于上世纪80年代中期研制的F-22航电系统还没做到彻底的整合，拥有多种不同传输速率/特性的通信线路，只有同CIP机柜、同排插槽的运算卡之间可以进行高速数据交换。雷达、通信导航与敌我识别、电子战三大子系统和座舱显示界面之间仍然是光纤点对点连接；环控、飞控、火控、推力控制等载具管理系统仍然使用低速率的1553B总线。打个比方说，F-22的航电系统之间的数据传输，除了部分地方是“高速公路”水平外，在很多连接点都存在明显的“堵点”存在，数据传输和处理能力以今天的标准来看是相对较低下的。
“宝石柱”之后，美国为F-35战斗机开发了彻底整合的“宝石台”（PAVE PACE）构架，它的最大特点就是共用传感器，将雷达、电子战、通信等过去需要不同天线执行的功能整合到相近频率的共用化宽频孔径中。F-22共装有64部不同的传感器天线，F-35则仅需21部，造价和重量都减少一半，更加适合F-35较小的机体和三军通用的多功能需求。
通俗点讲，F-35上的传感器就像是一部部超级数码相机，它只记录不分析，获得的原始数据就好比是RAW格式的照片，是用于目标探测、地形测绘、红外前视搜索、导弹告警还是攻击效果评估，所有具体功能都由后端平行运算的综合式核心处理器 - ICP（IntegratedCore Processor）同时实现。当然如果以计算机图形学来做比喻，这种所有信息都保留的RAW格式所产生的数据量就比JPEG之类前端处理过的压缩格式大得多，对系统带宽、传输速率、处理能力提出了更高的要求。
F-35通过统一的新一代高速光纤数据总线把不同的传感器交联起来，ICP的计算速度十倍于F-22的CIP，而且价格更低。F-22上的大规模数据传输和运算瓶颈已经不复存在。经过深度整合分析处理的信息以最简介的方式显示给飞行员，从而大幅度减轻了飞行员的工作量，令其可以高效地掌握战场态势，专注于飞行和攻击。在这种架构下，飞机硬件本身就如同是新买的一台电脑裸机，硬件性能指标再高，没有软件的支持还是什么事都做不了，甚至连起飞、开机炮都不行。飞机所有的任务能力都依赖于中央处理器上装载的软件支持，就好比要处理图像得安装Photoshop，处理文字要安装Word，下载文件要安装迅雷一样。其的优点是像手机一样升级软件就能“解锁”很多新功能，修复旧Bug，不仅高效而且省钱。
当然如果软件出了问题也会导致大麻烦。F-35的软件开发一直在拖整个项目的后腿，具备完整作战能力的Block 3F版本原定2012年交付使用，但直到现在都还没成熟装机，距离2011年7月14日首架F-35A服役已经过去了7年之久。
当前主流的Block 2B版本仅具备非常有限的初始作战能力，连飞行高度、速度、过载都有限制；而且因为硬件不通用，多达189架早期型号将被放弃升级，所采用的Block 1A/1B/2A版本仅能进行飞行测试，不能发射任何武器。



F-22“宝石柱”和F-35“宝石台”两种航电系统架构

歼-20，航电架构对标F-35
歼-20采用了什么航电架构，至今没有任何官方的介绍。不过众多专家和媒体都披露过，我国在上世纪90年代开始研究F-22的“宝石柱”系统，本世纪初开始研制新一代综合航电系统架构，2008年珠海航展上公开展示过相关的ICP部件。以ICP为核心，利用高速光交换系统实现航电系统的高度整合，利用多功能孔径/综合传感器及显示技术向飞行员提供全面的飞机状态和战场态势环境信息，并提供辅助的战术决策以提高飞机的整体作战能力。该系统首先应用于歼-10B战斗机，歼-20采用的则是完整版。”
从公开媒体上的描述可以看到歼-20的航电架构就是对标F-35的“宝石台”架构，在设计理念和系统结构上都达到了F-35的水平，凭借后发优势大大超过了F-22。

异乡人

至少在现在，歼20是全世界最牛逼的战斗机，不用加之一，五代机就那么几个，F22、F35、苏57。F35不用说，低端单发，跟J20没有可比性。毛子的苏57更像四代机，航电雷达更没法比。剩下的就是F22，F22无论是航电、雷达、航程、载弹、态势感知等等都不如J20，唯一的优势就是发动机，而J20现在换新发动机已经不次于F22的发动机了。最少目前来说，世界上没有任何一款战斗机比现在新换发的J20强。