La sofisticada aviónica del F-22 (III): Arquitectura detallada del IAS (artículo muy técnico)

1. Función y misión del F-22

El F-22 se diseñó para reemplazar al F-15 como el caza de superioridad aérea de próxima generación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Con una capacidad de ver primero, disparar primero, derribar primero, es el encargado de mantener la supremacía aérea de los EE. UU. en misiones aire-aire y aire-tierra en el siglo XXI. El F-22 puede desplegar una amplia combinación de misiles y armas con distancia de seguridad que, bajo la guía del Sistema de aviónica integrado (IAS), proporciona al piloto una alta letalidad y gran capacidad de supervivencia en la misión.

2. Diseño funcional jerárquico del IAS

Detrás del paradigma "ver primero, disparar primero", se encuentra la capacidad del F-22 de establecer una conciencia situacional superior en lo que respecta a la detección, ubicación, identificación y letalidad de objetivos. El IAS proporciona al piloto una conciencia situacional mucho más allá del alcance visual (BVR). La fusión de datos de múltiples sensores se utiliza para lograr una detección de largo alcance, una identificación BVR de alta fiabilidad (BVRID) y un seguimiento de objetivos de alta precisión para el empleo de armas BVR y/o la prevención de amenazas. El IAS contribuye directamente a aumentar la capacidad de supervivencia al proporcionar advertencias de amenazas y contramedidas contra los sistemas de amenazas.

Este requisito de ver primero, disparar primero, derribar primero, depende de la capacidad de recopilar datos de múltiples sensores a bordo, para desarrollar un archivo de seguimiento de alta precisión sobre los objetivos enemigos y para hacerlo antes de que el F-22 sea detectado por los sensores enemigos. Cada archivo de seguimiento de objetivos se actualiza de forma continua y automática sin la intervención del piloto. Los objetivos tienen datos precisos de seguimiento cada vez más estrictos a medida que penetran una serie de límites de enfrentamiento táctico que rodean al F-22, como se muestra en la Figura 1. Desde el exterior hacia el interior, estos "globos" se denominan:

1. Identificación/seguimiento inicial de conciencia de la situación, 
2. Decisión de ataque/evitación, 
3. Lanzamiento inicial de AMRAAM en condiciones BVRID, 
4. Lanzamiento inicial de misil de amenaza y 
5. Envolvente letal de misil de amenaza. 

El concepto de límite de globo, inherente al diseño del software táctico, respalda tanto (1) el uso eficiente de los sensores como (2) la asignación automática de tareas a los sensores. Proporciona al piloto tiempo adecuado para tomar decisiones tácticas (como atacar, evitar, emplear armas o lanzar contramedidas) en lugar de controlar los sensores.

Toda la información de múltiples sensores debe fusionarse o correlacionarse en un archivo de seguimiento coherente, válido e integrado. Esto se realiza automáticamente mediante los algoritmos de fusión de seguimiento de sensores y la asignación de tareas "inteligentes" de los algoritmos de los sensores.

Figura 1. Los límites de los "globos" que rodean al F-22

Los algoritmos están diseñados para soportar los requisitos de cada límite del globo. El archivo de seguimiento integrado se presenta luego al piloto en las pantallas tácticas integradas de conocimiento de la situación ofensiva, defensiva y de área.

El software de la misión (MS/W) actúa como el controlador central de las operaciones del IAS, interactuando con todos los sensores, procesadores, controles del piloto y pantallas. Gestiona, coordina y respalda la capacidad integrada general para buscar, detectar, rastrear, identificar, emplear armas y utilizar contramedidas contra amenazas aéreas o terrestres. El MS/W logra esto a través de un árbol funcional jerárquico que consta de tres niveles principales: 

• el nivel de funciones integradoras, 
• el nivel de funciones de ayuda a la toma de decisiones y 
• el nivel de funciones de misión (ver Figura 2).

En el primer nivel, las funciones integradoras gestionan y controlan los diversos sensores a bordo. Los datos de los sensores se fusionan y correlacionan con los datos de navegación para formar archivos de seguimiento aéreos y terrestres integrados. Esta información se envía luego al segundo nivel de procesamiento: el nivel de funciones de ayuda a la toma de decisiones.

En el segundo nivel, las funciones de ayuda a la toma de decisiones realizan evaluaciones críticas de la situación táctica ofensiva y defensiva general. Se realizan tres evaluaciones clave en los archivos de seguimiento integrados recibidos.

Figura 2. Jerarquía funcional de la aviónica del F-22 

En primer lugar, se realiza una evaluación de la situación en la trayectoria del objetivo en relación con la amenaza de la propia aeronave del piloto y el entorno de selección de objetivos. Se actualiza continuamente información consistente y oportuna sobre la situación general de la propia aeronave, lo que permite al piloto tomar decisiones clave para atacar o evitar los objetivos de interés. En segundo lugar, la evaluación del control de fuego calcula las envolventes de lanzamiento de misiles contra los objetivos designados y controla el apoyo de armas de lanzamiento y posterior al lanzamiento durante todo el enfrentamiento. Finalmente, se realizan evaluaciones continuas de la situación táctica defensiva del F-22 para ayudar al piloto a gestionar las contramedidas defensivas. Estas funciones de ayuda a la toma de decisiones proporcionan al piloto información táctica consistente y fiable para respaldar las decisiones de combate sin la necesidad de controlar sensores individuales o correlacionar la información de la trayectoria del objetivo en el fragor del combate.

En el nivel superior de la jerarquía del software de la misión, las funciones de misión controlan todo el hardware y software de aviónica y controlan el estado del IAS. Estas funciones manejan la planificación de la misión y la reconfiguración del sistema en caso de que se produzcan fallos de hardware. Al estar en el nivel superior de control del IAS, las funciones de misión son la interfaz principal entre el IAS y el piloto, que interactúa con el IAS a través de controles y pantallas en la cabina de vuelo.

3. Arquitectura de aviónica integrada

La arquitectura de aviónica del F-22 se caracteriza por ser un sistema común, modular y altamente integrado. Estas características dan como resultado un mayor rendimiento, fiabilidad, disponibilidad y asequibilidad. Es el primer sistema de aviónica totalmente integrado en aeronaves militares estadounidenses, que reemplaza a las arquitecturas "federadas" del pasado. El F-22 no emplea "cajas negras" tradicionales de una sola función para realizar funciones básicas de aviónica como navegación, comunicaciones, advertencia de amenazas y control de tiro. En el F-22 Raptor, estas funciones se implementan con módulos comunes y programables que están configurados por software para procesar muchas funciones diferentes. Esta arquitectura no sólo permite una mayor efectividad de la misión, sino que también permite una flexibilidad significativa en el diseño de aviónica básica a través de: capacidades de reconfiguración robustas y tolerantes a fallos, mayor fiabilidad, mayor capacidad de soporte, mayor disponibilidad, menor peso, capacidad de crecimiento extendida y menores costos de adquisición y de ciclo de vida.

Figura 3. Arquitectura del sistema de aviónica. 

Sensores de fibra óptica: 400Mbs. Bus de datos de alta velocidad: 50Mbs. Monitorización en pantalla de la fibra óptica: 400 Mbs. Mil-Std-1553. 

El diseño del sistema del IAS presenta un conjunto interconectado de subsistemas modulares de alta velocidad que utilizan Módulos Electrónicos Estándar de Tamaño E (SEM-E). La arquitectura de procesamiento central es un diseño de procesamiento distribuido y paralelo que emplea módulos de procesadores digitales comunes de propósito general para realizar todas las funciones de aviónica. Se distribuye un sistema operativo común en todos los módulos SEM-E de procesamiento central para proporcionar la máxima flexibilidad y dar soporte a módulos adicionales para nuevas aplicaciones o para la inserción de tecnología.

El software del IAS, escrito principalmente en Ada, se construyó e integró bajo un proceso multibloque para reducir el riesgo de desarrollo e integración. Cada bloque de software proporciona un aumento en la capacidad funcional del F-22. El bloque 0 proporcionó sistemas de vuelo básicos para las pruebas iniciales de calificación de vuelo. El bloque 1 proporcionó subprocesos de un solo sensor del sistema IAS. El bloque 2 proporciona subprocesos de múltiples sensores. Finalmente, el bloque 3 proporciona la funcionalidad completa del F-22.

El IAS está dividido en varios sistemas interactivos de antenas, sensores, procesadores, interfaces de piloto e interconexiones de alta velocidad (consultar la Figura 3). Los subsistemas principales son el procesamiento central (que consta de dos procesadores integrados comunes o CIP), la guerra electrónica (EW), el radar, las comunicaciones/navegación/identificación (CNI), el sistema de referencia inercial (IRS), el sistema de gestión de almacenes (SMS) y los controles y pantallas (C&D).

Al utilizar antenas y conjuntos de baja observabilidad (LO), los sensores reciben, miden y extraen señales de radiofrecuencia (RF) y no-RF. Los datos iniciales en bruto se preprocesan, se digitalizan y se envían a los CIP a través de buses de fibra óptica de 400 Mbps. Mediante el uso de módulos de procesadores digitales y de señales, los CIP tratan los datos sin procesar en informes de seguimiento a nivel de sensor que, a su vez, son procesados ​​por algoritmos de fusión de seguimiento de sensor que residen en otros módulos de procesadores digitales y de señales. Los informes a nivel de sensor se combinan luego en un único archivo de seguimiento integrado y se envían a las pantallas de la cabina a través de líneas de fibra óptica. Los dos CIP están conectados entre sí a través de un bus de datos de alta velocidad (HSDB) de fibra óptica de 50 Mbps. Por último, la arquitectura de aviónica también cuenta con buses Mil-Std-1553 para interconectarse con otros sistemas de la aeronave.

3.1. Procesador Integrado Común (CIP)

El Procesador Integrado Común (CIP), desarrollado por Raytheon Systems Company, proporciona la memoria, E/S (Input/Output I/O), datos y capacidad de procesamiento de señales requeridas para el IAS. Tiene una arquitectura abierta y expandible que admite los requisitos de procesamiento de radar, guerra electrónica, CNI, software de misión y controles y pantallas. El sistema de procesamiento central del F-22 utiliza dos CIP instalados (con espacio de crecimiento para un tercero). Cada CIP contiene 66 ranuras SEM-E en dos filas. Debido a la amplia utilización de módulos comunes, solo se utilizan 13 tipos de módulos CIP únicos. Para proporcionar un crecimiento adicional, cada CIP está lleno en aproximadamente dos tercios.

Primer plano del procesador integrado común (CIP), desarrollado para el avión de combate F-22 y que equivale a dos supercomputadoras Cray. El CIP es un poco más grande que un televisor de 20 pulgadas. Es el sistema informático de alta velocidad más avanzado del mundo para su uso a bordo de un avión de combate. Cada elemento dentro del CIP es un LRM o módulo reemplazable en línea de vuelo.

3.1.1. Tipos de LRM del CIP

• El Elemento de Procesamiento de Datos Dual (DDPE) es la columna vertebral de la capacidad de procesamiento digital del CIP. Cada DDPE tenía inicialmente dos microprocesadores Intel 80960 (también conocido como i960©) independientes de 32 bits y 25 MHz en cada lado de un módulo SEM-E. Cada lado del DDPE funciona como una computadora de propósito general que ejecuta código Ada. El módulo DDPE está refrigerado por flujo de líquido (LFT), pesa 0,55 kg y está conectado a la placa base CIP mediante un conector estándar que utiliza 332 pines eléctricos y 4 conexiones de fibra óptica y dos de refrigerante. El IAS emplea 13 DDPE para soportar funciones de radar, EW, CNI y MS/W. Con los programas de mejora, en 2005 se reemplazaron los Intel i960 con procesadores de última generación.

• El Elemento de Procesamiento de Señal Dual (DSPE) es un procesador de señal genérico que ejecuta funciones matemáticamente intensivas, como las multiplicaciones de matrices de estado utilizadas en la propagación del filtro Kalman y los algoritmos de transformada rápida de Fourier (FFT) utilizados en el procesamiento de señales de radar. Cada DSPE utiliza dos canales independientes para realizar un procesamiento de señales de alto ancho de banda. Cada SPE individual puede ejecutar una instrucción de punto fijo dentro de un ciclo de reloj de 25 MHz y puede calcular hasta 18 operaciones por instrucción. El DSPE consume casi 80 W de potencia, reside en un módulo SEM-E refrigerado por flujo de líquido (LFT) y está conectado a la placa base del CIP mediante un conector estándar (332 pines eléctricos y 4 conexiones de fibra óptica y dos de refrigerante). El IAS emplea 9 DSPE para admitir funciones de radar, guerra electrónica y MS/W.

• El Puerto de E/S DPE/Mil-Std-1553 (DPE/1553) cuenta con un elemento de procesamiento de datos (DPE) en el lado A y un puerto de interfaz de E/S Mil-Std-1553 en el lado B.

• La Memoria Masiva Global (GBM) es un complejo de memoria disponible para los módulos que residen en la placa base CIP. Cada GBM cuenta con 12 Mbytes de memoria disponible, consume aproximadamente 60 W de energía, reside en un módulo SEM-E refrigerado por flujo de líquido (LFT) y está conectado a la placa base del CIP mediante un conector estándar de 360 ​​pines.

• El módulo Gateway (GWY) proporciona una ruta de comunicaciones bidireccional entre los segmentos de bus de interfaz paralela (PI) dentro de un CIP. El módulo GWY también proporciona comunicaciones entre dos CIP a través de la HSDB de fibra óptica.

• El Procesador de Señal de Baja Latencia (LLSP) utiliza un procesador Texas Instruments SMJ320C31 (C-31) para proporcionar la interfaz entre el extremo frontal del CNI y la placa base del CIP a través de una línea de fibra óptica. Realiza el procesamiento de señales de baja latencia para el sistema CNI.

• La Interfaz de Video/Procesador Gráfico (GPVI) cuenta con una interfaz de fibra óptica con las Pantallas Multifunción (MFD) de la cabina. Un lado del módulo GPVI es un DPE estándar, el otro lado realiza el procesamiento de gráficos y E/S, generando hasta 30 cuadros por segundo y admitiendo hasta dos pantallas MFD simultáneamente.

• El Procesador de Señal No-RF (NRSP) es un procesador de señal infrarroja (IR) que incluye una estructura de procesamiento de canalización optimizada para realizar filtrado de paso alto de respuesta a impulsos IR, ventanas bidimensionales para filtrado espacial, normalización de datos y umbralización para sensores IR. Un NRSP puede admitir hasta tres detectores de lanzamiento de misiles (MLD).

• El Dispositivo de Cifrado/Descifrado de Datos (KOV-5) es una unidad de seguridad de comunicaciones integrada (COMSEC) alojada en un módulo SEM-E. Puede realizar 2 de las 17 funciones criptográficas, de cifrado de datos y descifrado de datos diferentes de COMSEC. El KOV-5 admite funciones de cifrado/descifrado de voz, texto, datos y enlaces de comunicaciones. El motor de cifrado/descifrado está certificado por la Agencia de Seguridad Nacional (NSA). El IAS emplea cinco módulos KOV-5 para soportar diversas funciones criptográficas.

• Los Módulos Reguladores de Voltaje (VR) reciben una potencia de +270 VCC de la aeronave y emiten +5 VCC y -5,2 VCC a la placa base CIP.

• La Interfaz de Consola de Usuario (UCIF) es un LRM de dos lados que cuenta con un DPE en el lado A y hardware UCIF en el lado B. El UCIF es un módulo que no se fabrica y que admite la instrumentación y el acceso a las placas base de E/S de CIP durante las actividades de integración y prueba.

• El Módulo de Interfaz de Red de Transmisión/Recepción de Fibra Óptica (FNIU) proporciona comunicaciones de baja latencia y alto ancho de banda entre un clúster de procesamiento CIP y los sensores. El FNIU admite comunicaciones bidireccionales al bus de interfaz paralela o directamente a los GBM a una velocidad de 400 Mbps a los GBM.

3.1.2. Buses CIP

Las rutas de comunicación que interconectan los CIP constan de buses internos y externos. Estas rutas de comunicación se muestran en la Figura 4.

El Bus de Interconexión Paralela (PI) es un bus de datos digital paralelo de 32 bits con corrección de errores que facilita el intercambio de datos y control entre módulos dentro del CIP a una velocidad máxima de 50 Mbytes por segundo. Cada CIP contiene tres segmentos de bus PI conectados en un "triángulo" por tres módulos de puerta de enlace. Cada segmento admite 22 módulos. Para optimizar las comunicaciones, el procesamiento del subsistema (como el radar o la guerra electrónica) suele agruparse en módulos dentro del mismo segmento de bus PI.

Figura 4 que muestra la estructura interna de los CIP

El bus de prueba y mantenimiento (TM), al igual que el bus PI, contiene tres segmentos conectados por los módulos Gateway. El bus TM es un bus de 6,25 MHz que se utiliza principalmente para el control de diagnóstico del estado de cada módulo sin interferir con el bus PI ni con el procesamiento interno de cada módulo. El bus TM también admite informes de fallas, aislamiento y reconfiguración del sistema. A través del bus TM, se puede ordenar a los módulos de repuesto, generalmente DDPES, que se reconfiguren para mantener la funcionalidad perdida debido a un módulo averiado. El bus de datos de alta velocidad (HSDB) es un bus de fibra óptica que proporciona una velocidad de transferencia de datos de 50 Mbps entre los CIP y el cartucho de transferencia de datos o la unidad de memoria masiva.

El bus de transmisión y recepción de fibra óptica (FOTR) admite comunicaciones de datos de baja latencia y alto ancho de banda (400 Mbps) entre el CIP y los sensores.

El bus Mil-Std 1553 proporciona comunicaciones de E/S a interfaces estándar, como sistemas de control de vuelo de armas y aeronaves.

3.1.3. Software CIP

El software CIP tiene una arquitectura en capas que proporciona un conjunto común de utilidades para el software de aplicación CIP y gestiona la integridad y seguridad de la transferencia de datos. Consta de dos paquetes de software principales, el Sistema operativo de aviónica (AOS) y el Administrador del sistema de aviónica (ASM). La arquitectura en capas con AOS y ASM como intermediario entre el hardware y las aplicaciones se muestra en la Figura 5. El AOS proporciona servicios de sistema operativo a las aplicaciones de aviónica integradas que se ejecutan en el CIP. El AOS reside y se ejecuta en cada módulo basado en DPE. Admite un entorno de ejecución seguro de varios niveles en el que varios programas de aplicación pueden ejecutarse y procesarse simultáneamente en diferentes niveles de seguridad. Esto se aplica mediante las Tablas de control de privilegios (PCT) del AOS, que requieren que los datos en un nivel de seguridad determinado no sean procesados ​​por un programa en un nivel de seguridad inferior. Las comunicaciones entre programas de aplicación están restringidas a las permitidas por la PCT. El AOS proporciona cuatro capacidades básicas dentro del CIP: control de los programas de aplicación de Ada, control de las interfaces de E/S a los módulos DPE, capacidad de depuración y autorización de acceso de seguridad PCT.

El Administrador del sistema de aviónica (Avionics System Manager, ASM) es el administrador de recursos central para el CIP y cuenta con tres servicios básicos: 

1. control del sistema, 
2. administración de módulos y 
3. servicios de archivos. 

Asigna recursos globales, como memoria y elementos de procesamiento, a los programas de aplicación. El ASM también es responsable de mantener el estado de salud del CIP, realizar la reconfiguración en torno a módulos fallidos, proporcionar funciones de administración de archivos entre aplicaciones y el DTC/MM, proporcionar servicios de asignación de archivos GBM y coordinar el inicio y el cierre de las funciones del CIP.

Figura 5 mostrando el diagrama de bloques

3.1.4. Flujo de señal CIP

Los front-ends de los sensores preprocesan datos RF y no RF, convirtiendo los datos brutos del sensor en bloques de datos digitalizados que se envían, a través de líneas FOTR de 400 Mbps, al FNIUS. Los módulos FNIU envían los datos digitalizados brutos a los módulos GBM en tiempo real para su almacenamiento temporal en búfer. Luego, los datos son extraídos a través de las redes de datos (DN) por los módulos DPE o SPE para su posterior procesamiento y refinamiento. Para reducir la sobrecarga del bus PI, el GBM también admite el almacenamiento intermedio en búfer de datos entre los procesadores o entre tareas de procesamiento en un procesador. Luego, los datos procesados ​​se envían por el bus PI para que otras funciones de orden superior en otros DPES y SPES completen las tareas funcionales de orden superior, los datos se envían nuevamente por el bus PI a los módulos GPVI, se transfieren a formato gráfico y se envían a través de líneas FOTR a las pantallas de la cabina.

Este enfoque de flujo de datos y señales reduce la carga del bus y los posibles problemas de rendimiento. Los datos de los sensores se envían casi en tiempo real a través de FOTRS a GBMS y de ahí a través de las "puertas traseras" a través del bus DN a los procesadores. Sólo después de que los procesadores hayan completado sus tareas operativas con los datos de los sensores se activa el bus PI.

3.2. El radar APG-77

El radar APG-77 del F-22 es un radar avanzado de control de fuego, multimodo, multiobjetivo, de búsqueda/rastreo intercalado, para todo tipo de clima. Desarrollado por Northrop Grumman, incorpora las siguientes características de diseño: matriz de barrido electrónico activo (AESA), baja observabilidad (LO), contramedidas electrónicas (ECCM) y baja probabilidad de intercepción (LPI). Estas características le dan al radar del F-22 un gran salto en capacidad de combate. La matriz principal, montada en el radomo del morro, está compuesta por cientos de módulos de transmisión/recepción (T/R). La conmutación del haz se realiza controlando las características de fase de cada módulo T/R, logrando así un patrón de haz sumado de todos los módulos T/R. Estos módulos T/R están diseñados para funcionar sin fallos durante más de 16.000 horas. La aplicación del módulo T/R presenta un diseño extremadamente tolerante a fallos, donde el sistema puede perder numerosos módulos T/R antes de que se vea afectado el rendimiento mínimo requerido. El sistema puede seguir funcionando de forma eficaz con la pérdida de incluso más módulos T/R, pero a niveles de potencia de transmisión reducidos.

3.3. Comunicación, navegación e identificación (CNI)

El subsistema CNI del F-22 realiza funciones estándar de comunicación, navegación e identificación militar. Desarrollado por Lockheed-Martin Tactical Aircraft Systems (LMTAS) y TRW Military Electronics and Avionics Division, sus funciones principales consisten en voz UHF/VHF segura y clara, Have Quick IIA, GPS, TACAN, ILS, identificación amigo-enemigo (IFF) MK XII, recepción JTIDS y enlace de datos intravuelo (IFDL). Al igual que el CIP, la arquitectura CNI también está altamente integrada y utiliza módulos SEM-E comunes con diversas funciones CNI que comparten componentes de hardware comunes. Este enfoque integrado requiere compartir el tiempo y multiplexar los activos o reconfigurar el sistema entre las fases de la misión (operaciones de aterrizaje vs. operaciones de combate, por ejemplo).

El subsistema CNI está compuesto por seis componentes principales:

1. Aperturas y matrices de baja observabilidad;
2. Unidades de Electrónica de Apertura Externa (EAE) (ubicadas cerca de los conjuntos para una amplificación de bajo ruido), 
3. Filtrado y conmutación de RF; la Unidad de Interfaz de Antena (AIU) (para interconectar todas las líneas de RF hacia/desde los bastidores de RF/Preprocesador);
4. Bastidores de aviónica integrados (IAR) de RF/Preprocesador que albergan módulos SEM-E para transmisión, recepción y procesamiento de RF;
5. Subsistema de intercomunicación/interfono para comunicación y síntesis de voz; y
6. Procesamiento digital CNI LLSP y LRMS KOV-5 residentes en el CIP.

El IARS de RF/Preprocesador consiste en un par de bastidores modulares SEM-E de tres bahías, refrigerados por líquido y los LRM que realizan el procesamiento de RF CNI. Los dos IARS originalmente eran completamente redundantes e idénticos, pero para ahorrar peso, cada IAR ahora es más especializado. Sin embargo, las funciones críticas para la misión de la aeronave, como comunicaciones UHF/VHF, ILS, navegación TACAN o transpondedor IFF MK XII pueden ser compatibles desde cualquiera de los bastidores.

Los módulos CNI SEM-E que comprenden los bastidores CNI IAR son los siguientes:

1. Ocho receptores sintonizables de banda L con anchos de banda IF seleccionables para admitir TACAN, transpondedor MK-XII, ATC Modo S, IFDL y recepción JTIDS.
2. Dos receptores de banda L sintonizables de 5 canales con osciladores locales comunes utilizados para admitir la radiogoniometría.
3. Un generador de portadora/amplificador de potencia (CG/PA) de transpondedor de banda L utilizado para admitir modulación de pulsos de ciclo de trabajo bajo de potencia de transmisión de RF para el transpondedor IFF MK XII y las funciones TACAN. 
4. Un CG/PA interrogador utilizado para proporcionar modulación de pulsos de RF de ciclo de trabajo bajo para interrogación MK XII. Este CG/PA se utiliza como respaldo para el transpondedor MK XII y TACAN en caso de falla del CG/PA del transpondedor de banda L.
5. Cuatro receptores sintonizables de un solo canal UHF/VHF que admiten comunicaciones de voz U/VHF, ILS y comunicaciones satelitales de crecimiento.
6. Dos CG/PA UHF/VHF para admitir la transmisión U/VHF.
7. Un procesador receptor GPS para proporcionar una solución de navegación GPS decodificada completa.
8. Dos LRM controladores RF/FE que admiten todo el control de activos RF, multiplexación, referencias de tiempo y reconfiguración.
9. Cuatro LRM de procesador de banda estrecha de pulso (PNP) utilizados para admitir la decodificación de señales pulsadas programables de banda L, como TACAN, transpondedor IFF MK XII e interrogación y modo SATC. El LRM PNP también admite la conversión A/D de las comunicaciones U/VHF y la navegación ILS. 
10. Un procesador de pulsos AOA (PEAP) LRM para convertir los datos de magnitud y fase de pulso medidos en un ángulo de llegada (AOA) calculado a través de algoritmos que utilizan datos de calibración en tiempo real y características de matriz prealmacenadas.
11. Dos acopladores de bus CNI LRM para proporcionar una interfaz de bus FOTR al módulo FNIU dentro del CIP. 12. Un modulador/sintetizador IFDL LRM para proporcionar la generación de formas de onda, modulación y demodulación de señales y procesamiento de navegación relativa para el sistema de enlace de datos intravuelo F-22 a F-22.

Otros módulos SEM-E son el transceptor de instrumentación de maniobras de combate aéreo (ACMI) que proporciona modulación y demodulación de señales ACMI; el oscilador de cristal Ovenized LRM; un LRM de batería de respaldo de 5 voltios utilizado para mantener la codificación criptográfica y los relojes del sistema con la alimentación principal apagada; y varios LRM de suministro de energía digital y RF que proporcionan hasta siete voltajes diferentes requeridos por los componentes del sistema CNI.

3.4. Guerra electrónica (EW)

El subsistema EW proporciona alerta por radar (RW), detección de lanzamiento de misiles (MLD) y contramedidas de bengalas y señuelos. El RW fue desarrollado conjuntamente por Lockheed Martin Missiles and Fire Control, Lockheed Sanders y LMTAS. Proporciona detección, seguimiento, identificación y ubicación de emisores de radar aerotransportados y terrestres al sistema de software de la misión para el seguimiento integrado de objetivos. El detector de lanzamiento de misiles también proporciona una capacidad IR pasiva para detectar, declarar, rastrear e informar lanzamientos de misiles al software de la misión. La función de contramedidas defensivas es responsable de cronometrar y desplegar señuelos y bengalas. El despliegue de contramedidas es programable para totalmente automático, semiautomático o manual.

La arquitectura EW, al igual que el CIP y el CNI, es una arquitectura integrada que utiliza módulos SEM-E comunes. El subsistema EW utiliza el uso compartido de recursos de componentes de hardware comunes para realizar simultáneamente la búsqueda, detección, medición de RF y no RF, análisis de señales, radiogoniometría, identificación y seguimiento de señales RF y no RF. Este enfoque integrado requiere compartir tiempo y recursos de estos módulos comunes.

El subsistema EW está compuesto por siete componentes principales:

1. Aperturas y matrices de baja observabilidad;
2. Unidades de electrónica de matriz (AE) cerca de las matrices para amplificación de bajo ruido, filtrado de RF y conmutación;
3. Unidad de interfaz de antena remota (RAIU) para interconectar todas las líneas de RF hacia/desde los bastidores de RF de guerra electrónica; 
4. Bastidores de aviónica integrados de RF de guerra electrónica (IARS) que albergan módulos SEM-E para RF, recepción y procesamiento;
5. Seis sensores de detector de lanzamiento de misiles;
6. Las unidades de control y distribución de contramedidas para distribuir bengalas estándar MJU-7 y -10, bengalas MJU-39 y -40 desarrolladas específicamente para el F-22 y haces de chaff RR-170 y -180, y 7. Los LRM DDPE, DSPE, NRSP y GBM basados ​​en CIP.

El IAR de RF de guerra electrónica consta de un bastidor modular refrigerado por líquido SEM-E y los LRM que realizan la recepción y el procesamiento de RF de guerra electrónica. Los módulos EW SEM-E que componen el bastidor EW RF IAR son los siguientes:

1. Seis LRM de receptor de banda estrecha (NBR) con anchos de banda de FI seleccionables para respaldar el análisis de señales, el seguimiento del emisor y el procesamiento de búsqueda de dirección del emisor.
2. Seis LRM de oscilador local NBR para sintonizar los NBR.
3. Seis unidades de medición de pulsos para extraer características de RF del NBR para el análisis de señales.
4. Cuatro LRM de receptor de banda ancha (WBR) para respaldar la detección y adquisición de banda ancha de emisores en el entorno.
5. Seis LRM de conversión descendente de frecuencia de señal para convertir señales de RF en una banda de frecuencia base.
6. Nueve LRM de fuente de alimentación para convertir la potencia de 270 V a +/-9, +/-15 y +/-5 V.
7. Un LRM de controlador de activos WBR.
8. Un LRM de controlador de activos NBR.
9. Dos LRM de retardo de RF para respaldar la transferencia del análisis de señales para el procesamiento de búsqueda de dirección. 
10. Un oscilador de referencia LRM para suministrar un oscilador local común a los LRM de conversión descendente y NBR.
11. Un módulo de interfaz CIP (CIPI) para interconectar la información EW digitalizada con el bus FOTR de fibra óptica CIP.
12. Un LRM de conversión de datos para reformatear los datos de RF digitalizados en palabras de descriptor de pulso para el procesamiento CIP.
13. Tres LRM de procesador de control de medición (MCP) para soportar la temporización y sincronización de los activos del receptor.
14. Una red de distribución de datos (DDN) para proporcionar disparadores DF para soportar la búsqueda de dirección de señal y el agrupamiento de ángulos para soportar el desentrelazado de pulsos.
15. Dos LRM de receptor compresivo (CR) para soportar una alta probabilidad de intercepción contra señales de alta prioridad.
16. Una interfaz de controlador de matriz-RAIU (ARCI) para controlar la conmutación y el filtrado de la línea de RF en la RAIU.

Los racks EW RF IAR realizan la conversión de RF a digital y luego envían la información digitalizada sin procesar al módulo de interfaz de fibra óptica FNIU en el CIP para clasificación de RF, medición de características de señal, identificación de señal y seguimiento del emisor.

Los bastidores IAR de RF de EW realizan la conversión de RF a digital y luego envían la información digitalizada sin procesar al módulo de interfaz de fibra óptica FNIU en el CIP para la clasificación de RF, la medición de las características de la señal, la identificación de la señal y el seguimiento del emisor.

3.5 Sistema de gestión de cargas (SMS)

El SMS supervisa, controla y establece el estado de las contramedidas, los lanzadores, las puertas de la bodega de armas y el armamento del F-22 (AIM-9, AIM-120, cañón). También controla la eyección en emergencia de las cargas. El SMS consta de dos filas de módulos SEM-E, dos fuentes de alimentación AIM-9, una unidad de control del cañón y el controlador del SMS.

3.6. Sistema de referencia inercial (IRS) 

Desarrollado por Litton Guidance and Control, el IRS es un giroscopio de anillo láser avanzado con un procesador común con controles de vuelo. Proporciona información de posición y velocidad al software de misión IAS para respaldar los cálculos de ubicación del objetivo.

3.7. Controles y pantallas (C&DS)

A diferencia de la generación "tradicional" de cazas de tercera generación, las pantallas tácticas del F-22 no están dedicadas a proporcionar información basada únicamente en sensores, como las pantallas que solo muestran radar. En cambio, el F-22 tiene cuatro pantallas Head-Down (HDD) de cristal líquido de matriz activa y una pantalla Head-Up (HUD) para proporcionar información altamente integrada sobre la situación táctica general.

La HDD central, o pantalla de situación táctica (TSD), es una pantalla a color de 8 x 8 pulgadas que proporciona al piloto conocimiento de la situación actual e información de navegación mejorada, incluida la ubicación de aliados y amenazas en el aire, el rumbo de la nave propia, puntos de navegación, etc. La HDD a color izquierda de 6 x 6 pulgadas, o pantalla de ataque, proporciona al piloto la situación táctica ofensiva actual y está diseñada para el empleo de armas, incluida la selección de objetivos y los rangos de ataque de misiles ofensivos y defensivos. El HDD a color de 6 X 6 pulgadas de la derecha, o Pantalla Defensiva, proporciona al piloto la situación táctica defensiva actual y está diseñado para evaluar la capacidad de amenaza contra el F-22 e incluye la ubicación e identificación de los sistemas de ataque aéreos y terrestres, los rangos de ataque de misiles y la selección de contramedidas. El HDD a color de 6 X 6 pulgadas de la parte inferior proporciona el estado de los consumibles de la aeronave, los suministros, el rendimiento del motor y el estado de las puertas externas.

4. Tolerancia a fallos y recuperación

Otra característica de la aviónica del F-22 es su robusta tolerancia a fallos y recuperación de fallos por medio de la reconfiguración, una mecanización que restaura la funcionalidad necesaria después de la pérdida o fallo de los activos. La reconfiguración se logra reasignando y/o reprogramando los recursos modulares. La recuperación implica una capacidad operativa completa o un modo de operación degradado, dependiendo de la cantidad de activos modulares de repuesto que queden para respaldar la reconfiguración. La "reconfiguración menor" se produce debido a la pérdida de un módulo (o varios) y la "reconfiguración mayor" se produce debido a la pérdida de un bastidor completo. La reconfiguración mayor puede ser causada por daños en batalla, pérdida de un motor y/o generador, o sobrecalentamiento debido a la pérdida de refrigeración. 

La reconfiguración mayor es la capacidad de reprogramar y reconfigurar un bastidor SEM-E completamente funcional para admitir funciones de respaldo de emergencia, como comunicaciones de voz UHF, navegación TACAN, navegación del sistema de aterrizaje por instrumentos e identificación MK XII para un regreso seguro a la base o para completar una parte crítica de la misión. La reconfiguración menor se logra reprogramando módulos para realizar funciones perdidas por la falla de un módulo común idéntico. La reconfiguración menor se impulsa mediante una tabla de priorización de funciones. Una vez que se han utilizado todos los módulos de repuesto de un tipo común, se descarta la función de menor prioridad para admitir funciones de mayor prioridad. El enfoque modular común y la flexibilidad de reconfiguración dan como resultado una disponibilidad de misión excepcional y una degradación elegante. 

5. Resumen

El IAS pone en manos del piloto capacidades tácticas de combate totalmente integradas, robustas y únicas en su tipo. La contribución clave de la aviónica a la eficacia de combate sin precedentes del F-22 es su capacidad para realizar la fusión de información de múltiples sensores para proporcionar al piloto información integrada de detección, identificación, seguimiento y advertencia de amenazas en sus pantallas, lo que reduce significativamente la carga de trabajo del piloto durante las condiciones de batalla. 

La arquitectura común, modular y abierta permite la flexibilidad necesaria para manejar el crecimiento frente a las amenazas en constante cambio y los avances en la tecnología de aviónica. La arquitectura IAS integrada y sus capacidades funcionales superiores, junto con las capacidades avanzadas del F-22 en materia de sigilo, maniobrabilidad, supercrucero y armamento avanzado, garantizarán la superioridad aérea del F-22 y la eficacia de sus misiones hasta bien entrado el siglo XXI.

Fuente: The Avionics Handbook