美军猛禽的第二双利眼：浅谈F-22战机的电战次系统
普吉海钓王船长2019-11-18 15:14
做为「地表最强战机」的F-22，有许多为人称道的特色，例如：出色的匿踪能力、强大的AN/APG-77雷达、令人啧啧称奇的超机动能力..... 。 除此之外，F-22在许多一般人较不会注意到的配备方面也是傲视群雄，本文将介绍的电战次系统即是一例。
F-22的电战次系统全称为「整合电战系统」（Integrated Electronic Warfare System，INEWS），是由桑德斯公司（Sanders）【注1】和奇异公司（GE）团队研发，除了具备基本 的电战功能外，还扮演着被动侦测系统的角色。 因此，称其为猛禽的第二双利眼也毫不为过。
「整合电战系统计划」最早可以追溯到美国空军莱特实验室（Wright Laboratory ）自1979起赞助的电战系统整合研究。 根据研究的结果，在1983年启动了整合电战系统计划（以下简称INEWS计划）。 同年9月，美国空军开始了「先进战术战机」（Advanced Tactical Fighter，ATF）计划的概念发展调查（Concept Development Investigation，CDI），遂将INEWS计划和ATF连结，以期INEWS能为ATF提供支援 。 随后在隔年的4月，从五组竞标团队【注2】中选出桑德斯公司／奇异公司，以及TRW公司／西屋电气公司（Westinghouse Electric）【注3】两组团队进入展示与验证阶段（ Demonstration and Validation，Dem/Val）。 1988年，美国空军正式将INEWS计划的管理纳入ATF计划底下，让INEWS成为ATF辖下的电战次系统发展计划。 最后，随着ATF计划的结标，美国空军也选出选出桑德斯公司/奇异公司团队做为INEWS计划的优胜者，进入全尺寸发展阶段（Full Scale Development ，FSD）。
F-22的电战次系统采用可更换模组（LRM）的整合架构，使用可共享的通用硬体元件。 除了能够提供自卫电战所需的威胁预警及反制功能外，还能将侦知的信号源资料传送到后端，与机上其他感测器获得的资料做整合，为飞行员建构更完整的 态势认知，例如：雷达预警系统能够做为电磁信号源监视与追踪、导弹发射侦测器能够用于光学侦测与追踪。 值得一提的是，基于匿踪考量，F-22的电战次系统并没有配置主动雷达干扰机，以免让发射的电磁波泄漏这些隐形空中杀手的行踪。
F-22的电战次系统主要具备三大功能：雷达预警（Radar Warning，RW）、导弹发射侦测（Missile Launch Detection）及热焰弹（Flare）／干扰丝（Chaff）洒布反制措施 。
雷达预警
雷达预警功能主要由洛克希德． 桑德斯公司（Lockheed Sanders）【注1】的AN/ALR-94雷达预警接收系统负责。 AN/ALR-94能够对雷达发射源进行侦测、追踪、识别及定位，并将这些发射源的资讯提供给F-22的任务软体，与机上其他感测器获得的资料做整合，以利目标追踪。
F-22全机总共配置156组接收天线单元，分成Band 3、Band 4两大类，分别嵌在主翼前、后缘的4个天线阵列内，可涵盖机身周遭360度方位、0.5~18GHz频段 的信号截收。
值得一提的是，AN/ALR-94被前洛马集团F-22专案负责人汤姆． 伯尔巴格（Tom Burbage）形容为「F-22全机最具科技复杂性的设备」。 ALR-94能够在远达250海浬外分析、追踪其感测到的信号源。 而距离拉近到100海浬时，AN/ALR-94就能引导F-22的AN/APG-77雷达侦测敌机：AN/ALR-94随时更新的追踪资料能够提前指引雷达搜索的方位 ，让其可以以非常窄的波束侦测目标。 一位洛马集团高层也曾经表示，在被称为「窄频交织搜索与追踪」（Narrow-Band Interleaved Search and Track，NBILST）模式中，AN/ALR-94能及即时提供敌方战机动态， AN/APG-77雷达仅需负责建立精确距离及速率数据，就能够导引AIM-120空对空导弹发起攻击。 而如果敌方过于贪婪地使用雷达，AN/ALR-94几乎能提供所有必要参数，不须开启雷达就能导引空对空导弹攻击目标，成为「反辐射空对空导弹」。 「敌人会在毫无知觉、完全放松的情况下被消灭。」该名高层如此形容。 从此令人不寒而栗的例子，足见AN/ALR-94的高超。
导弹发射侦测
导弹发射侦测工作由洛马导弹与射控分部（Lockheed Martin Missile and Fire Control）的AN/AAR-56导弹发射侦测器（Missile Launch Detecter，MLD）负责，利用被动红外线感测器对导弹 发射进行侦测及追踪，并向任务软体回报导弹发射追踪讯息，用于资料资料整合与目标追踪。
除了利用红外线被动侦测做为导弹接近预警器外，AN/AAR-56采用的凝视焦平面阵列感测器还能将外界环境以红外线成像呈现。 虽然目前F-22尚未具备在座舱内的MFD上投影红外线成像的能力，但普遍认为，在经过适当修改与搭配扩展的演算法软体后，AN/AAR-56完全能够扮演红外线搜索与追踪系统（ Infrared Search and Track，IRST）的角色，做为辅助雷达的被动感测器。
F-22在机首与前机身上下总共布置了6组导弹发射侦测感测器。 考量到匿踪需求，和AN/ALR-94的接收天线单元一样，这些感测器都平滑地嵌在机身表面，能够提供涵盖机身周遭360度范围的红外线讯迹侦测。 得利于此，AN/AAR-56在扮演IRST的角色方面，能够为飞行员提供360度的红外线影像视野，和一般选择在机首配备单具IRST的战机相比来得宽广得多。
关于F-22最后未配备专门的IRST一事，其实是美国空军当初为了权衡ATF战机的重量、造价及技术风险的结果。 其实最早在1984年时ATF的《作战需求说明》（SON）中，曾经要求装备多色型IRST为「基本门槛需求」，而在1987年的《系统作业需求文件》（SORD）中则改为 要求必须配备单色型IRST，多色型被调整为「目标」（Objective）。 到了1989年，单色型IRST也被改为「目标」而非必备。 1990年又再次修改需求成「虽不立即装备，但须预留装设余裕」（除了预留空间、电力、冷却系统的余裕外，航电处理系统也须预留在座舱显示器上将红外线信号 资讯与其他资讯交互提示与融合呈现的能力）。
热焰弹／干扰丝洒布反制措施
热焰弹／干扰丝洒布反制措施由BAE系统公司的AN/ALE-52反制措施洒布器执行，具备可程式化能力，拥用全自动、半自动、手动模式。 F-22在两侧主轮舱前方总共配置了4组洒布器，装填美国空军标准的MJU-7、MJU-10热焰弹，或是专为F-22开发的MJU-39、MJU- 40热焰弹，以及RR-170、RR-180雷达干扰丝捆束，未来也能可能整合为F-35开发的ARM-210雷达干扰丝捆束。 这4组洒布器平时由舱门遮蔽，进行投放时才开启，以维持机体的匿踪性。 另外值得一提的是，F-22是目前美国空军中唯一没有配备拖曳式诱饵的作战飞机。
整个电战次系统的基本架构方面，由AN/ALR-94雷达预警接收系统的接收天线阵列和AN/AAR-56导弹发射侦测器的导弹发射侦测感测器构成最前端，将信号后 送到后端的通用整合处理器（ Common Integrated Processor，CIP）进行后续的信号整合与处理，最后由AN/ALE-52反制措施洒布器根据侦测到的预警情况，自动或是由飞行员手动 控制热焰弹及干扰丝的投放。 值得一提的是，由于AN/ALR-94和AN/ALE-52两种系统的信号种类不同，因此在通往后端CIP时的处理路径也不同：AN/ALR-94的信号属于射频类型 ，接收阵列在收到信号后，会先经由AE阵列电子单元以及RAIU远端天线介面单元将信号送到电战系统的IAR射频整合航电机柜，将信号进行预处理之后再经光纤汇流排（ FOTR）送往CIP的FNIU光纤介面模组，再传送给其他信号处理模组进行信号分类、特征量测、识别以及信号源追踪等工作；而AN/AAR-56的信号属于光学影像类型，侦 知信号之后会直接送到CIP，由机柜里的NRSP非射频信号处理器模组进行影像处理。
◎注释
【注1】桑德斯公司在1986年并入洛克希德公司，成为洛克希德． 桑德斯公司。 在1995年洛克希德与马丁． 马里塔公司合并后，桑德斯被转入洛马集团的航电电子系统事业群。 而此事业群又在2000年被洛马卖给BAE系统集团，成为BAE系统资讯与电子战（IEWS）分部。 而2005年BAE系统进行改组之后，目前合入BAE系统电子与整合解决方案部门。
【注2】五组竞标团队分别为：桑德斯／奇异团队、TRW／西屋团队、休斯（Hughes）／罗拉（Loral）团队、ITT／立顿（Litton）团队，以及雷神（Raytheon）／诺斯洛普（Northrop）团队。
【注3】西屋公司也是F-22所使用的AN/APG-77雷达的开发商，其和德州仪器公司（Texas Instruments，TI）在ATF战机的雷达次系统竞标中打败休斯/奇异公司团队 脱颖而出，在1991年8月正式获得AN/APG-77的工程制造发展（EMD）合约。 值得一提的是，ATF计划的雷达承包商并非由美国空军所遴选，而是由参与ATF战机计划的两组竞标团队——也就是洛克希德与诺斯洛普——各自去决定 ，而最后两组团队都选择了西屋／德州仪器团队，也让他们顺理成章成为ATF雷达次系统竞标案的赢家。 不过在1996年，西屋电气把自己的军用电子业务卖给了诺斯洛普． 格鲁曼集团（Northrop Grumman）、德州仪器也在1997年将其防卫系统部门出售予雷神公司，因此AN/APG-77此后便成为诺格与雷神的产品了。
F22机身表面嵌上的各种天线和侦测器
AN/AAR-56导弹发射侦测器
F22嵌在机身表面导弹发射侦测感测器
AN/AAR-56的红外线影像成像
F22投放热焰弹注意开启的洒布器舱门
AN/ALE-52反制措施洒布器举报/反馈
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