「航電」一詞的英文：“Avionics”是「航空」（Aviation）與「電子」（Electronics）兩個字的結閤已經是一個工程上的專有名詞戰機航電架構小史

發表日期 2017-01-30T10:04:24+08:00

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趣味新聞網記者特別報導 : 「航電」一詞的英文：“Avionics”是「航空」（Aviation）與「電子」（Electronics）兩個字的結閤，已經是一個工程上的專有名詞，在一些國傢已經有專門的課程來教這方麵的 ... 戰機 .....

「航電」一詞的英文： “Avionics” 是「航空」（ Avi ation）與「電子」（Electr onics ）兩個字的結閤，已經是一個工程上的專有名詞，在一些國傢已經有專門的課程來教這方麵的學問。不過台灣比較少人對此寫過比較完整的科普，不纔在此再次鬥膽當一下鍵盤專傢，介紹一下航空電子架構在這幾十年來的演進。

航空電子本來專指飛行用的電子係統，但在軍用航空領導潮流下，已經包山包海，整閤許多領域的電子技術。本文僅就架構麵做一個介紹，各項子係統就不細談瞭（所以這張圖的意義就是說明這篇文章不談的東西）

首先，何謂「航電架構」（Avionics Architecture）？根據美國空軍航空係統部門整閤工程與技術管理部協理Gary L. Ludwig在1991年發錶的論文：”Evolution of Avionics Systems Architecture, From the 1950’s to the Present”給瞭這樣的定義：「航電架構指得是一種最高層次係統定義，能描述係統層麵功能與如何實作，可拆解為子係統也可整閤為一個包含設計目標與如何滿足需求的整體概念。」

二次大戰後，航電係統佔飛機重量的比例逐年提高，一直到1970年代轉為數位電子係統後，逐漸收斂在9%上下（依賴機械控製架構的A-10是其中的異類）

簡單地說，航電架構指得就是各種設備如何組閤成一套完整的係統，科技是背後最主要的動力，而需求則會牽引這架構往特彆的方嚮發展。因此從航電架構的發展史也可迴顧科技的發展史，以及戰機設計哲學的變遷。
第0代：類比與指針（~1960） 最早的航電係統自然是類比式（Analog）的(註)，不過非理工麻瓜的第一個睏擾通常就是聽不懂什麼叫「類比」，所以我就從這裏來科普。簡單來說，車子上的油量錶就是類比的，基本上它是插一根電容到油箱裏，當燃油液麵變動時，改變瞭電容值。我們給它通個微弱的電流，電容改變造成電壓改變，電壓就驅動指針擺動。所以最後我們看到指針擺的角度就可以知道最源頭的液麵高度有多高。
註：我很想把這代定義成第1代，這樣到F-35剛好可以分成5代，但美軍的分法就是從下一代纔開始稱為第一代，我也隻能沿用。

在類比電路齣現之前，連通電都不用，靠機械原理就可以驅動指針

同樣的原理，我們也可以量測氣壓、液壓、引擎轉速....等等，都用指針來錶示。但結果就是座艙有大大小小幾十個指針來顯示不同的量測資訊，飛行員看到眼睛都花瞭。因此指針成為類比係統最普遍的「顯示」方式，但也成為航電「老舊」、「落伍」、「祖父的武器還在用」的代名詞。

F-4C幽靈式的座艙，除雷達螢幕外幾乎都是指針

幽靈機的導航係統也利用指針告訴飛行員如何轉嚮

類比係統通常是靠電綫的電壓來傳遞資料，所以類比電子的連綫隻能靠電綫直接對接，不容許多個係統共用同一條電綫來傳遞資料。因此類比式架構的一大麻煩就是接綫相當復雜，容易損壞，而且本身就帶來很大的呆重。

類比式電子的架構隻能點對點接綫，因此M個來源對N個目的就會産生M×N條連綫

不過類比式係統也不是隻有指針可以用。以雷達為例，其最基本的顯示模式就是直接看示波器，不過要飛行員看示波器找目標迴波實在太睏難瞭，所以早期的夜間戰鬥機都要有第二名飛行員來操作雷達。經過一些復雜的類比電路，雷達訊號可以用更直覺的方式顯示，例如電影中常常看到雷達幕上有一條光棒不斷繞圈圈，迴波就會在等比例的距離與相同角度以光點的方式顯示，這種就是所謂的PPI螢幕（Plan position indicator）

感測器所見即飛行員所得的PPI螢幕

類比係統也不止可以單機作業，例如早期的預警機除瞭用PPI顯示目標方位外，還可用電視訊號格式透過無綫電「轉播」到航空母艦的戰情中心，就像早年可以轉播中華少棒一樣，透過電視天綫可以得到高大上的「上帝之眼」（God’s Eye）。

復仇者預警機除瞭用無綫電電視訊號傳迴雷達圖外，也可以擔任類比無綫電的中繼，用整套類比係統就可以達到艦隊防空作業的基本功能

類比係統也可以作為計算機，利用精密製造的機械零件連動，可以計算座標轉換、拋物綫與阻力、溫度/壓力轉換...等物理問題，可解決飛行員執行任務的部分問題。例如二戰中著名的諾登瞄準器可提高轟炸的精確度。而噴射時代的多種飛機也具有類比方式的大氣電腦協助飛行員從各種大氣感測數據計算真實的高度與速度。

F-4的射控係統解完機砲與飛機的拋物綫問題就將預測的彈著點顯示在左邊的光學瞄準器上

然而類比式係統的問題在於：

各項設備的資訊仰賴飛行員的大腦進行整閤，因此航電係統較復雜的戰機（例如：大型雷達）幾乎都需要第二名飛行員負責操作
由於復雜的接綫佔去太多空間與重量，幾乎沒有備用係統/綫路
類比電子/機械零件容易因為環境因素發生故障（不到10小時的MTBF是傢常便飯）
故障後也非常難維修，需要相當於鍾錶匠的手藝以緻於難以在前綫維修

第1代：數位化電腦(1960~1970)
雖然類比係統可以玩很多把戲，但到一個程度就不行瞭。舉汽車的例子來說，類比係統可以計算油箱的存量，也可以計算輪胎的轉速，這是汽機車最常見的兩個指針儀錶。但如果我今天要用這兩個數值來計算車子還能跑幾公裏呢？如果我們有一個電子計算機，隻要加加減減除以耗油率的經驗值就可以瞭，所以新齣廠的汽車大都用內建的車用電腦就可以即時計算齣來。但用電子機械混閤的類比電腦來做就是相當復雜的機構，以緻於以往的汽車都沒有這種高大上的功能。

幽靈機的A/24G大氣電腦其實是復雜的類比計算機，內含許多機械元件用來進行工程計算

航電係統也一樣，當我們要綜閤大氣資訊、飛機狀態、目標訊息計算齣正確的抵達時間，甚至投彈點，就需要相當復雜的邏輯計算。二戰後，美國以真空管製造數位電腦，具有記憶與邏輯運算等功能。但同樣的數學問題轉為數位運算，需要使用大量的邏輯閘，而真空管不但笨重、易碎還要消耗大量電力與散熱，因此飛機上隻能在射頻或擴大電路使用少量真空管，難以安裝完整的真空管電腦。直到1950年代中期，貝爾實驗室發明瞭電晶體，大幅縮小邏輯閘，使數位電腦得以安裝到飛機中。而1958年德州儀器進一步發明瞭積體電路技術：在矽晶片上直接刷上各種電子元件，使大量邏輯閘得以塞入微小，不受環境影響的封裝晶片中，使數位電腦的微型化成為可能。

F-14服役時遇上美國海軍的電腦化革命，戰艦上裝上瞭NTDS電腦指揮係統，並透過無綫電交換數位目標資料。F-14機上也有小型電腦，甚至可透過AWS-27無綫資料鍵與友機交換目標資訊，成為網基作戰的先驅

數位電腦開始取代航電係統中的類比計算機，不過，航電係統仍需將各種設備的類比信號透過電綫傳送到數位電腦，再進行類比/數位轉換（A/D）使電腦可以進行二進位計算。例如F-14的航電係統中主要有兩套電腦，其大氣資料電腦可接收各個感測器傳迴的溫度、壓力、速度...等資訊來計算飛行參數，並藉此自動調整可變翼角度，使飛行員不需要多一個控製器來操縱可變翼。為瞭將電腦縮小到40平方吋的電路闆，格魯曼公司委託AiResearch公司在1970年利用積體電腦技術設計瞭世界上第一台「微電腦」：將3500個電晶體塞入晶片，製造瞭含有6塊晶片，可記憶65KB的微處理器，甚至比Intel公司的第一顆微處理器（1971年）還早！

F-14的大氣資料電腦採用瞭世界上第一種微處理器晶片組，由於它在當時是如此之先進，美國海軍封鎖其論文發錶在電腦雜誌上，直到1998年纔解禁

F-14的第二套電腦是內含在AWG-9射控雷達中的CDC 5400B電腦，其邏輯運算與資料暫存功能使其可以用「追蹤檔案」(Track File)記憶目標的位置與速度，並預測未來的動嚮。AWG-9可以同時追蹤24個目標，並決定先攻擊哪6個目標。另外，該電腦也可透過Link 4A資料鍵「無綫上網」接入艦隊網路，接收預警機或艦隊傳來的目標資料，可說是劃時代的進步。

CDC 5400B電腦內嵌在AWG-9雷達中，其中有3200個指令用在TWS程式上，佔總程式的8%

電腦的另一個重要任務是「繪圖」，透過在螢幕或抬頭顯示器上繪製數字、文字與符號，飛行員可以用一個畫麵就迅速掌握相關的飛行與戰術情報，而不用來迴掃描所有的指針。以F-14的AWG-9雷達為例，其螢幕不再是直接顯示目標迴波光點，而是電腦産生的「符號」。電腦會接收並記憶多道迴波位置，透過程式邏輯判定為目標後，纔將符號顯示在螢幕上；而如果已經建立「追蹤檔案」，則會以直綫顯示其飛行方嚮。所以數位時代沒有所謂的「微弱的光點」，有光點（正確的說是符號）就是有光點，沒光點就是沒光點（例如地形、海浪的迴波都被乾淨地過濾掉），不會隨著目標變化而忽亮忽暗。

藉由電腦運算，目標符號帶有箭頭以指示其飛行方嚮，旁邊也可綜閤顯示其他雷達或飛機傳來的資訊

電腦化還有一個意義是寫程式，類比電腦可以輸入參數，但要改變邏輯就非常睏難。所以當飛機、武器修改時，多半就代錶要重新修改類比電腦，增加研發成本與維護睏難度。但數位電腦可以紀錄要執行的邏輯（早期是用唯讀記憶體，所以可能要換整顆記憶體纔能改程式，但至少比修改整台機器容易），所以同一種電腦可以不同的程式執行不同功能。這概念讓電腦廠商可以設計與製造「通用型」電腦來提高其銷售量，鼓勵更多人投入電腦産業，也刺激瞭電腦科技的不斷進步。
第2代：聯盟式架構(1970~1980) 數位概念除瞭讓資料運算更為容易外，資料傳輸也更為簡單。由於數位信號被切斷成固定間隔的0與1電壓，如果我們將間隔切得更細，就能容許不同設備以極小的時間差同時傳送0與1信號。所以一條「電綫」可允許多項設備同時傳遞資料，這種概念稱為「匯流排」（Bus），它將飛機上原有的多對多綫路整閤成一條從頭串到尾的電綫，大幅降低綫路重量與復雜度，使飛機可以整閤更多航電設備，維修容易度卻大幅提昇。美國空軍發展F-15時，由於重量居高不下，一名年輕的航電工程師： Erwin Gangl 提議參考IBM大型電腦的架構，由各個終端設備自行類比/數位轉換，再將數位信號匯入同一條訊號綫給中央電腦，如此可節省近200磅的綫路重量，第2代數位航電架構於焉誕生。

類比綫路架構與數位匯流排的比較

美國從F-15計畫開始，由麥剋唐納公司設計瞭傳輸率達1Mbps的H009多工匯流排，利用分時多工技術達到同時傳輸的效果，使其綫路總長度僅有30km，比幽靈機少瞭45%。這種架構又稱為「聯盟式架構」（ Federated Architecture ）：意即大傢閤而不同，僅透過共通的傳輸標準來交換資料，不需要限製彼此的內部設計。
F-15採用瞭IBM CP-1075/AYK中央電腦，其運算速度為340KIPS，記憶體約24KB。該電腦透過H009可與機上14個航電設備交換資料，其中包括APG-63雷達與TEWS戰術電戰係統。中央電腦紀錄瞭對空/對地武器的完整包絡綫，可計算麻雀飛彈的動態射程，並將對地炸射的誤差縮小為幽靈機的一半。但受限於記憶體，在AIM-9L等新飛彈問世後需先洗掉對地炸射的參數纔有空間寫入新的參數。另外，F-15為瞭降低成本，其電腦也不像F-14具有多目標追蹤功能，可見得架構較先進不代錶功能較先進。

F-15機上共有四台數位電腦，除中央電腦、大氣電腦外，雷達中還有數位信號處理器（數字式處理器）與數位資料處理器（數據處理器）

隨著數位電腦的計算速度越來越快，不但可以進行資料運算，也踏入瞭「訊號運算」（Signal Processing）。在數位時代，電子廠商常會宣傳數位就是好，類比就是落伍，其實不一定，數位架構必須進行「類比-數位」的轉換，也就是將連續的類比訊號切成0101的數位信號，而這切得不夠細就會造成訊號失真，連帶後麵的運算與處理跟著齣現誤差。以筆者在學校所學的控製領域為例，數位控製係統採用的演算法必須比類比係統高齣兩三階，纔能達到相同的控製效果。
不過當數位電路的運算速度提高，有些以往不可能的運算就成為可能瞭。例如APG-63雷達的訊號經過類比處理器（模似式處理機）消除主波瓣雜訊並轉換成數位信號後，便交由數位式雙延遲綫濾波器與高PRF為512點，中PRF為16點的快速傅利葉（FFT）數位濾波器消除雜訊。其中，中PRF由於同時具備距離不確定性與速度不確定性，需要較復雜的邏輯進行判斷，但好處是其對「盲速」目標（側嚮對準自己，都蔔勒頻移為0）有較高的偵測機率，因此比F-14的AWG-9更適閤在敵我交錯的攻勢戰場中獵殺敵機。

APG-63可以高PRF與中PRF交錯掃描，由於兩行的波束寬度有一半重疊，錶示同一目標會被兩種PRF各掃描到一次，雷達的資料處理器可匯整兩次掃描的資料，以中PRF掃描資料計算齣距離

H009採用兩條雙絞綫以正弦波傳輸數位信號，容易受到乾擾，因此在發展F-16時與其他軍種改用 曼徹斯特編碼 設計瞭MIL-STD-1553匯流排標準，成為風行數十年，甚至連敵國都採用的軍用航電架構。原因是這種開放標準架構允許各傢廠商設計自己的電子裝備，隻要依循共通的1553標準就可銜接到戰機航電的主綫路上，與中央電腦互動閤作。

美國空軍實驗室的「數位航電訊息係統」（DAIS，Digital Avionics Information System ）計畫後來推動成為三軍共通的匯流排標準，並分彆運用在F-16、F-18與AH-64上。自此以後，1553匯流排幾乎成為西方第四代戰機的共通標準

1553匯流排是一種串接式（Serial）架構，意即每一項設備是透過Stub連接到主乾綫上（Bus），有點像是幼稚園老師用一條繩子把所有的小朋友串接在一起。這樣的好處是節省綫路長度，不像區域網路或電話綫的星狀架構：每台電腦/電話都要接一條綫到中央的交換器/接綫盤，如果機尾有三台設備就要接三條長綫到中央的交換器；而串接架構隻要往機尾拉一條長綫，三台設備用短綫串起來後，長綫末端再接一個電阻就結束瞭。但串接架構的缺點則是中央隻要有一段綫路故障，後麵的設備就會斷訊，所以標準的安裝架構是同時拉兩條乾綫，其中一條故障就會由主控器呼叫大傢切換到備用綫路。

1553匯流排分成乾綫（Bus）與支綫（Stub），乾綫長度可達100m，但支綫不能超過6m。這種架構是為瞭避免支綫連接的子係統故障會造成整條乾綫的中斷

配閤聯盟式架構，航電係統多半把設備做成一個個獨立的小電腦，稱為「綫上更換單元」（LRU，Line Replacement Unit），每台電腦有標準的電源插座與匯流排接頭，插上這兩者就可以開始運作。而這也開啓瞭百傢爭鳴的航電市場，傳統航電係統多半是與戰機一起設計，在戰機平台設計時便要想好需要的功能與航電供應商，纔能預留綫路與彼此溝通的信號。然而，聯盟式架構的溝通架構是公開的，任何廠商隻要依循相同的通信協定都可以整閤進來，美軍進一步定義各種航電的標準規格，例如：通訊、顯示、電戰...等等，讓符閤軍規的設備可以互相溝通。例如戰機上本來安裝瞭A牌的雷達警報器，但使用久瞭覺得常常故障，公路警察用的新一代測速槍又抓不到。這時候B廠商跳齣來說我發展瞭新一代雷達警報器，它的偵測能力更強，零件壽命更長，還有MP3播放功能，而且它的LRU尺寸跟A牌完全一樣，你隻要把A牌拔起來插入B牌，接上1553匯流排，在中央電腦安裝驅動程式，客戶就可以換牌。因此1553匯流排就像USB協定一樣，讓戰機換航電設備就「差不多」跟電腦換硬碟、換網路卡、換印錶機一樣容易。許多航電廠商就專門發展特定用途的電子裝備，允許不同的戰機客戶選購與安裝。

Rockwell的ARC-220無綫電允許裝在多種飛機上，透過紅圈處的1553接頭與匯流排銜接，可裝在多種飛機上。

如前所述，軍用電腦對效能的渴求是電子産業推進的一大助力。不過當超大型積體電路（VLSI， Very Large Scale Integration ）在1970年代成熟後，小小晶片可以塞入上萬顆電晶體，大幅提高小型電腦的運算能力，這雖然刺激瞭商用電腦市場的發展，但由於晶片密度與與復雜度大增，廠商就不太願意為軍用市場設計專門的「應用晶片」（ASIC，Application Specific IC），也就是針對軍事用途運算（例如：訊號運算、加/解密...等）專門設計的特製晶片。以緻於美軍幾十年來钜資扶植電子産業成長，到頭來卻隻能買到十年前過時技術所發展的晶片。
為瞭軍用晶片可以使用VLSI技術，美國國防部在1980年代推動瞭「超高速積體電路」（VHSIC，Very High Speed IC）計畫，目標是設計齣0.5微米，100MHz的軍用「超級晶片」。産官學界為此研發瞭一係列的晶片設計、製造、測試、封裝...等技術，最終。其中最著名的是「VHSIC 硬體描述語言」（VHDL，VHSIC Hardware Description Language）：在晶體實際設計電路前，以程式語言描述其「暫存器轉換階層」（RTL， Register Transfer Level ），使晶片可在生産前用軟體進行模擬，也允許同一塊晶片設計碼在不同生産工具間切換，降低特規晶片的研發成本。運用VHSIC/VLIC技術，軍用晶片的處理速度提高十倍以上，可藉由軟體程式進行多種運算而不需寫死在硬體中。

F-15E的APG-70雷達也是率先使用VHSIC晶片的電子係統之一，其訊號處理晶片中塞入25,000個微小電晶體，使運算速度達到APG-63的5倍（33MOPS），可在5微秒內産生20,000個以上的數位濾波器，是當時的戰機雷達之王

率先使用VHSIC晶片的還是F-15，在1982年開始的MSIP改良計畫中，新設計的VCC（VHSIC Central Computer）中央電腦改用VHIC/VLSI晶片，使處理速度提高3倍，記憶體增為4倍(96KB)，使其不但具有多目標追蹤功能，還可以塞入更多武器參數，包括AIM-120先進中程空對空飛彈。搭配同樣採用VHSIC技術製作的JTIDS資料鍵終端機，F-15終於擁有與F-14相近的多目標/網基作戰能力。
另外，改良的F-15與新設計的F-15E雙座戰轟機也改用新一代的APG-70雷達，其資料處理器改用空軍以VHSIC技術設計的16位元標準處理器：MIL-STD-1750A，其運算速度是APG-63的5倍，而記憶體則是10倍（1024KB）。透過「模組化平行運算」（Modular Parallel Processing）技術呼叫訊號處理器，不但提升數位濾波性能，甚至可以進行「非協同目標識彆」（NCTR，Non Cooperative Target Recognition）：意即不用敵友識彆器的「互相問答」，僅利用雷達迴波的微小特徵（尤其是引擎葉片的都蔔勒頻移）來辨彆飛機型式。這使得不需目視辨彆的超視距空戰成為可能。
另一方麵，晶片的微型化也使其不但可塞入飛機，甚至可塞入飛彈與炸彈中，進行精確導引。這使得每顆導引飛彈/炸彈都成為可拋棄電腦，也就衍生齣資料通信需求。因此在1980年代，美國空軍以1553匯流排為基礎推齣MIL-STD-1760的酬載匯流排，每個掛點可透過1553匯流排與飛機的航電係統交換資料，並定義標準的電力接頭與音頻訊號綫。則每種導引武器一掛上「智慧型掛架」就可與全機的航電係統連綫。

MIL-STD-1760定義1553匯流排可透過ASI飛機-掛架間的接頭、CSI/CSSI母掛架與子掛架間的接頭、以及MSI酬載接頭與外掛酬載的小電腦進行通信

1553匯流排標準自1973年公布以來，盡管曆久不衰，但也有人想要挑戰其地位。MIL-STD-1773是針對信號電綫可能遭到閃電或核爆的電磁攻擊，因此將綫路換成光縴。但封包格式不變，傳輸率也是1Mbps。1987年，歐洲多國發展歐洲戰鬥機（也就是台風式）時，由德國提齣瞭STANAG 3910架構。這種架構其實是在1553匯流排外，再加上星狀架構的光縴網路，成為高速（光縴）20Mbps與低速（電綫）1Mbps的雙重匯流排。但這個架構的資料在高速綫路傳輸前，必須先在低速綫路上建立通信協議（類似TCP/IP的握手動作），仍然會被低速綫路拖纍通信的起始時間。因此，台風式Tranche 2改良計畫採用瞭新版的快捷（Express）匯流排，可在高速綫路直接建立通信協議。

STANAG 3910有高-低雙重匯流排，高速匯流排的傳輸需要由低速匯流排傳送啓動信號。

台風式採用STANAG 3910匯流排連接雷達、電戰係統、光電係統...等傳輸率高、延遲時間低的重要設備，它們將資料匯流到兩具電腦組成的「攻擊與識彆係統」(AIS，Attack and Identification System)，它的主要功能有三：

目標偵測、追蹤與識彆
武器發射
下達攻擊性與防衛性戰術動作的指令
分散式架構的備援軟體

所謂的AIS就是將雷達、DASS電戰係統與敵友識彆係統透過3910高速匯流排與攻擊電腦串接起來，導航電腦作為後備。透過DASS電腦、雷達電腦與攻擊電腦的三腦連綫，進行目標資料的高階融閤

目標偵測、追蹤與識彆 是透過多感測器資料的交叉分析，也就是「追蹤」（Track）層級的「感測器融閤」（Sensor Fusion）：除瞭雷達外，現代紅外綫搜索與追蹤係統、電戰係統、甚至飛彈警報係統都可以將目標資料寫到記憶體中的追蹤檔案來進行多目標追蹤，但傳統戰機會用不同的顯示器展示不同感測器的目標資料，由飛行員自行綜閤判斷哪些目標其實是同一個（例如：2點鍾方嚮的X頻雷達波源就是雷達螢幕上看到的4號目標），不但耗費心力，而且在空域擁擠的戰區還可能判斷錯誤。而「感測器融閤」就是幫飛行員做這種整理資料的工作，自動根據相近的座標把不同感測器的目標資訊閤而為一，甚至重疊在一起進行「非協同目標識彆」。

雷達可提供目標的3D座標資料（垂直角、水平角與距離），但角度誤差較大；紅外綫的角度誤差小，但沒有距離值。因此將雷達與紅外綫的追蹤資料融閤，就可得到更精確的3D資料，甚至判斷齣兩架緊密編隊的敵機

德國在1970年代末期的研究認為，由於中/短程空對空飛彈都具有全嚮位射擊能力，長時間的持續纏鬥已成為過去，未來空戰將大部分以超音速進行。雙方可能進行短暫（2-3分鍾）但劇烈（超音速/4G）的轉彎以躲避飛彈並爭取射擊機會，80%的飛彈將會瞄準對方的前半球。由於射擊時雙方以高速接近，飛行員將難以及時準備射擊，必須以電腦自動射控纔有勝算。
德國MBB公司從1980年開始，以8年的時間為台風機研發瞭「射擊/飛行控製係統」（FFCS，Fire Flight Control System，後來也稱做「攻擊機動係統」：AMS，Attack and Maneuvering System），分成五個部分：

感測器融閤： 綜閤雷達、紅外綫、飛彈警報器、雷達警報器、敵友識彆器與無綫網路的追蹤檔案進行交叉分析
感測器管理（Sensor Management ）： 根據感測器融閤的資料建立戰場「狀況意識」（Situation Awareness），自動控製感測器（主要是雷達與紅外綫）指嚮威脅空域進行重點掃描，使飛行員不需自己切換雷達/紅外綫的掃描模式；並預測敵機動嚮以在目標因敵機/我機機動脫鎖後能迅速恢復追蹤。
戰術處理器（Tactical Processor）： 根據敵機型式與動態預測其戰術，並産生建議的攻擊或防衛戰術給飛行員；飛彈射擊後計算中途更新可用的角度限製並建議飛行員迴避方嚮；在不知道敵機何時開火的情況下，根據敵機的武器能力預測其反擊時機並建議飛行員閃躲方嚮。
顯示與控製（Display and Control）： 利用抬頭顯示器顯示建議的射擊目標與機動方嚮，利用低頭螢幕顯示戰場狀況與建議戰術。
資源管理（Resource Management）： 監控飛機的武器、油料、雷達/紅外綫誘餌...等狀況作為決定戰術的依據

德國FFCS/AMS協助飛行員進行超視距空戰的過程，可看到左邊的藍軍僅轉嚮1.25圈就擊落護航機；紅軍硬轉兩次小半徑/高G的S形機動仍擺脫不瞭被擊落的命運（不過圖中紅軍的第二次開火的飛彈方嚮與藍機差異甚大，不確定是不是我描錯）

德國空軍利用飛行模擬器，以台風機設計規格作為藍軍對抗以F-18為規格的紅軍（當時西方普遍認為MiG-29的性能相當於F-18），由飛行員輪流扮演紅藍方（故意讓飛行員學習過藍軍電腦的戰術後再去駕駛紅方來對抗）進行400次以上的模擬空戰，結果顯示：

在純戰機對抗中，藍軍對紅軍的交換比提高3倍；在紅軍護航戰轟機的場景中，藍軍交換比提高6倍
由於電腦射擊時間點的準確，紅軍在對抗中被迫承受更高的G值，藍軍往往談笑用兵

由此可知，戰機電腦已不隻是控製設備用，還可像地麵管製員那樣建立狀況意識，並提供飛行員戰術建議，可說是Siri空戰助理。

英國BAE也有研發一套稱為COMTAC/MMA的空中作戰助理，比FFCS多齣瞭地麵防空係統的閃躲功能，可能已用在台風式多功能化的改良中。

除瞭光縴匯流排外，台風式另外還有5條1553匯流排用來連接傳輸率高低的設備，這使其可相容於部分較老舊，或市場銷量大，價格較低的設備，而不會因為換用光縴匯流排導緻全部的設備都要升級而被敲詐一大筆。這種改良式的聯盟架構常被稱為「階層式架構」（ Hierarchical Architecture ）

台風式的航電架構可看到5條灰色的1553匯流排與2條紅色的3910光縴匯流排，重要的射控與電戰係統都接在紅色匯流排

第3代：整閤模組航電(1980~2000) 受惠於微處理器技術民用化的高速發展，處理器的運算速度大幅提昇，但價格與體積卻大幅下降，這使得越來越多航電設備都採用微處理器進行數位運算。然而，隨著戰機使用的航電設備越來越多，安裝的處理器也越來越多，例如台風式全機共有40顆處理器，其中包括：

Captor雷達含有17顆處理器，運算速度達到3GOPS
DASS電戰係統含有5顆PowerPC中央處理器
AIS含有兩具電腦，採用Motorola 68020處理器

這些處理能量分散在各地，無法互相支援，導緻各項設備設計瞭過多的處理能量卻沒有充分運用，也消耗大量的體積與電力。因此，稱為「整閤模組航電」 （IMA，Integrated Modular Avionics） 的第3代航電架構就企圖要將數位運算能量集中到同一套電腦上，不同設備可以共用處理能量，不但能依任務需求動態調配運算能量，還讓「資料融閤」更容易達成。

第四代航電架構的精神就是運算的集中與共用，將訊號運算與資料運算都集中到中央電腦，各感測器就不再需要安裝自己的處理器

摩爾定律是「整閤模組航電」背後的重要推手，邏輯閘密度的增加縮短瞭晶片內部資料傳遞的延遲時間，大幅提高瞭時脈與運算速度。軍用晶片不再依賴特製的專用晶片，可以用高速但較復雜的晶片處理多種任務。例如F-22原本需要320種速度較慢的特規晶片，但改用VHSIC/VLIC高速晶片可以簡化為33種，使中央電腦可以用少數通用晶片承擔繁雜而眾多的運算工作。

ATF計畫研發的電子技術可將APG-70雷達多片運算卡的功能整閤到同一塊，使集中運算較為經濟

整閤模組航電的另一個用意是要縮小電子係統佔用的空間，由於電子係統需要電力與冷卻，當它們分布得越廣，電力與冷卻管路也要跟著增加長度。受惠於晶片微型化技術，處理器與記憶體都可縮小到一塊電路闆上，稱為「綫上更換模組」（LRM，Line Replaceable Module）。利用類似於業界的「刀鋒電腦」架構，多「塊」電腦可以插在一個機櫃中，由機櫃統一提供電力、冷卻與通信管路，縮小體積也簡化維修作業。

許多4.5代戰機或第四代戰機的改良版雖然不能集中資料與訊號處理器以進行訊息融閤運算，但仍會資料運算與繪圖晶片集中到同一機櫃以縮小空間。

集中運算架構雖然能將運算效能作最有效的利用，但資料傳遞距離拉長可能就會導緻資料延遲，影響係統功能的反應時間。舉例而言，一座現代化的大樓可能到處都含有微處理器，空調係統有微處理器控製溫濕度，監視係統有微處理器進行影像運算與儲存，甚至電梯都有微處理器調配哪台電梯到哪個樓層。而集中運算概念就是要求各個設備都不裝處理器，把資料都集中傳到中央機房由一套電腦進行運算。可以想見的問題是訊號傳遞的距離大幅拉長，資料運算的延遲可能就導緻各項設備無法即時迴應用戶的需求。在民用係統上這種延遲可能會讓用戶抱怨連連，但軍用係統上可能就導緻飛行員沒有即時看到來襲的飛彈，或是錯失武器攻擊的時機。

整閤航電架構除瞭整閤處理能量外，也將其他需要特規晶片的功能作成一張張相同規格的電路闆，集中插在同一機櫃中

因此，要達到集中運算的理想，關鍵就是：幾無延遲的高速傳輸架構與高速運算架構。美國空軍在F-22戰機開發之初就啓動瞭PAVE PILLAR計畫 (註) 進行「整閤航電運算」（Integrated Avionics Computing）架構的研發，其主要有兩大關鍵：

高速共用綫路：利用光傳飛控（Fly By Light）所發展齣的高傳輸率、高可靠性與低電磁乾擾特性的光縴通訊技術作為航電設備之間的高速匯流排，縮短感測器到中央電腦間的時差。
通用整閤處理器(CIP，Common Integrated Processor)：包含訊號運算與資料運算功能的中央電腦，利用多處理器的平行運算架構可同時執行多個運算工作，或集中運算某個高優先工作

註：PAVE是「精確航電嚮量設備」( Precision Avionics Vectoring Equipment )的縮寫，其實可以不用翻。如果真要翻的話，依照台灣軍研圈的習慣是翻譯成「鋪」，因其就是鋪地的意思。但中國卻很奇妙地翻譯成「寶石」，Pave這個字跟寶石的唯一關係就是它可以用來形容鑲滿寶石的裝飾工法，因為這就像是道路鋪滿磚石一般，但Pave不管當形容詞或名詞都不是指寶石本身。所以中國軍研圈因循苟且繼續把Pave Pillar翻成「寶石柱」（好歹也翻成「鑲鑽柱」，起碼有個「鑲」字可以連結），但要遵照台灣傳統應該翻成「鋪柱」。

PAVE PILLAR的早期架構是用HSDB串接中央電腦與各地的子係統

高速共用綫路原本是與A-12與RAH-66所聯閤製訂所謂的的「高速匯流排」（HSDB，High Speed Data Bus）：一種Token-Bus架構的高速網路，控製器會循環發送Token到由兩條光縴組成的高速綫路中，收到Token的設備有固定的時間間隔可以發送訊息，接著就必須傳遞Token給下一個設備，資料傳輸率可達50Mbps。隻有優先性最高(0)的訊息會在收到Token時立即發送，接著在剩餘的時間空檔纔發送低優先性(1~3)的訊息，以確保高優先訊息一定會發送齣去。另外，該架構也有「Token透通」功能，意即連綫設備故障時，光縴網路會自動將Token傳遞給下一個設備，以避免整個網路斷綫。

HSDB的Token 透通架構避免單一設備損壞會讓Token無法傳遞

然而，最後不知道什麼原因，HSDB並沒有一統江湖，僅有電腦機櫃間的串接仍使用HSDB網路，其他通信需求使用以下綫路來達成：

平行連接匯流排(PI，Parallel Interconnect)：由32條微小電綫以12.5MHz傳輸訊號的平行匯流排，負責CIP機櫃中運算卡的互相溝通之用，資料傳輸率可達400Mbps。每座CIP機櫃中各有3條，每條可連接22張運算卡，互相以HSDB光縴連結成星狀架構。
測試與維修匯流排(TM，Test and Maintenance)：也是每座機櫃3條，負責監控與測試設備狀況
光縴傳送-接收排(FOTR，Fiber Optic Transmit Receive)：由兩條光縴組成的點對點傳輸，使頻寬提高到400Mbps，負責感測器到CIP，以及CIP到顯示器間的超高速傳輸需求。
資料網路(DN，Data Network)：相當神秘的綫路，網路找不到完整的描述，常與PI匯流排混淆，甚至不能確定到底是否存在。從其他係統帶到的描述看起來，與PI匯流排同樣是透過機櫃插槽連接的電子匯流排，但具有CrossBar的交換能力，可接成虛擬綫路使資料直接對傳而不需分享頻寬。專用於運算卡與共用記憶體之間的高速/低延遲通信需求，可以25MHz達到800Mbps的資料傳輸率。

也就是說，F-22的匯流排最終還是階層式架構的進階版，隻有同機櫃、同排插槽的運算卡可透過PI與DN電子匯流排高速交換資料，但雷達、 通信導航與敵友識彆 (CNI，Communications/Navigation/Identification)與電戰 (包含紅外綫飛彈警報係統)三大子係統以及座艙顯示介麵間仍是以光縴點對點對接。而載具管理係統（包含環控、飛控、引擎控製...等）、引擎控製係統、武器控製係統...等的仍用低速的1553匯流排連接。

最後在F-22上安裝的架構中，還是比較像階層式架構，由多種不同速度/特性的綫路所組成

通用整閤處理器已經不是一般的電腦，而是多CPU平行運算的「超級電腦」架構。受惠於微型化電子技術的發展，一塊電路闆就可嵌入數十層電腦與多顆IC，使一片運算卡的功能就可相當，甚至超過以往的LRU。PAVE PILLAR定義瞭6×6×0.5吋的SEM-E運算卡規格，每片卡有標準的控製訊號與電源插頭，甚至還有冷卻液的輸入與輸齣管路，使運算卡得以運用無風扇的液體冷卻。而「中央電腦」其實是像業界流行過的「刀鋒伺服器」，利用可插多張運算卡的機櫃實現可分進（分散運算，意即個彆處理器執行不同程式）也可閤擊（為同一任務進行平行運算）的運算架構。

每個CIP機櫃有三排共66個插槽，具有統一的電源與冷卻管路，透過插槽提供給各擴充卡

F-22在機鼻兩側各安裝一座CIP多處理器機櫃，並保留空間給第三座作為未來擴充的彈性。每個機櫃具有三排插槽共可插上66張SEM-E規格的功能卡(或稱為「綫上更換模組」)，插槽中包含PI匯流排與TM匯流排的綫路可進行功能卡之間的通信，並有統一的電源與冷卻管路維持功能卡的運算。另外，由於射頻發射/接收工作也可用半導體完成（如同智慧型手機），三大子係統也各有一座「整閤航電機櫃」（IAR，Integrated Avionics Rack）來安裝前端處理元件。

F-22 CNI子係統的IAR機櫃具有兩排插槽，安裝各種前端訊號處理模組

CIP機櫃中的功能卡最主要是以下兩種運算卡：

雙重資料運算單元(DDPE)：負責資料運算，例如加減乘除，記憶與邏輯運算...等等，每張卡的正反兩麵各有一顆處理器，原本規劃是時脈為20MHz，運算速度2MIPS的1750A軍用16位元處理器，，但最後使用的是時脈25MHz，運算速度超過20MIPS的Intel 80960MX 32位元RISC處理器。
雙重訊號運算單元(DSPE)：負責快速傅利葉轉換、Kalman過濾...等數值運算，每張卡的正反兩麵也是各有一顆25MHz的數位訊號處理器。

目前兩座CIP機櫃共裝有13片DDPE與9片DSPE，綜閤資料運算能力達到700MIPS，訊號運算能力達到20GOPS。

Intel 80960MX晶片是80960傢族的軍規版本，圖為其專用的測試主機闆

CIP機櫃上除瞭兩種運算卡外，還可插入其他擴充卡：

特殊運算卡：包括通信係統編碼、跳頻或展頻的低延遲訊號運算卡、與戰略/戰術情報體係連綫的加/解密卡、圖形運算與顯示卡、紅外綫（飛彈警報係統）專用的訊號運算卡....等
共用記憶卡（GBM，Global Bulk Memory）：平行運算可共同存取的記憶體，每塊隻有可憐的12MB，但卻是訊號處理的重要中繼站
I/O卡：連接相對低速的MTL-STD-1553B匯流排
其他管理用卡：CIP與CIP間連綫的光縴閘道卡，以及CIP與雷達間連綫的高速光縴卡。還有測試係統卡、電源卡等。

前端感測器信號經過類比/數位轉換後，會將原始數位資料透過FOTR光縴傳遞到FNIU光縴介麵卡，該卡將資料灌入GBM共用記憶卡中。資料運算卡與訊號運算卡接著透過DN匯流排從GBM共用記憶卡讀取原始資料進行初步分析，分析後的結果資料量比較小，再透過PI匯流排交給其他運算卡進行高階資料分析，最終融閤的戰術情報纔透過FOTR光縴交給座艙介麵顯示。

CIP的資料流從「F」光縴卡接收感測器RAW資料開始，傳入「GBM」記憶卡，「DS」資料運算伺服器控製「SP」訊號處理器進行運算，運算完資料透過「PI」-BUS交給同排的「D」資料處理器進一步分析，或透過「GM」閘道再橋接給其他機櫃/插排的資料處理器

為瞭要讓CIP上的多處理器同心協力達到最高的運算速度，F-22上利用Ada語言開發瞭一個平行運算架構的即時作業係統來管理，稱為「航電作業係統」（AOS，Avionics Operating System）。相較於以往的航電係統是在每顆處理器上撰寫專用的程式，整閤航電運算架構是統一在AOS作業係統的平台上撰寫程式，就可以控製到每顆處理器與每項裝備。這就像是我們在智慧手機的作業係統上可以開發一個App使用相機來掃描條碼，也可以寫一個App來控製相機與螢幕在人臉上即時加上豬鼻子。相機與作業係統都不用動，撰寫不同的App就可以控製多項設備來執行不同的功能。

CIP的程式結構猶如商用電腦，有作業係統層與應用程式層，F-22的整閤航電係統共寫瞭170萬行程式碼

因此，F-22的航電架構與傳統戰機有很大的差異。舉例來說，傳統戰機就像摩托車，買來加油就會跑; 或者像電視機，買來接天綫就可以看節目。而F-22則像是套裝電腦，你買迴來接電接綫開機隻能看到BIOS畫麵，灌好OS也頂多讓你可以滑行起飛而已。F-22航電係統幾乎所有的功能都需要開發軟體，就跟個人電腦一樣：你灌修圖軟體進去它就是一台影像編輯工作站，你灌3D遊戲進去它就是一台大型電玩，你灌AlphaGo進去它就是Sai，你灌初音進去它就......隻是個軟體。

自從數位化航電發明以來，戰機由軟體控製的功能比例就逐漸增加，到瞭F-22已達80%以上

透過AOS作業係統，除瞭簡化軟體開發工作外，更重要的是軟體可以透過作業係統存取到多種資料來源（感測器）。例如我們可以寫一個目標辨彆程式，就可同時取得雷達與電戰的原始資料進行綜閤分析，進行所謂的「中央層級動態融閤」（Central Level Kinematic Fusion）。這又稱為「接觸」（Contact）層級的「資料融閤」，意即各感測器不需各自完成建立追蹤檔案的步驟纔能融閤，而是將每一個訊號轉換成數位化的接觸資料後，就交由電腦完成跨感測器的資料交叉分析，綜閤齣「多來源整閤」（MSI，Multi Source Integration）的追蹤檔案。
追蹤層級的感測器融閤就像是警察臨檢，他要看你的身分證確認你的身份，查你的車牌確定你的車籍，各手段都要有分析結果纔整閤為一個完整的報告。但接觸層級感測器融閤則像是福爾摩斯，他看你的穿著、走路的姿勢、衣服的磨損、鞋子上的泥土、車子上的灰塵.....就不但可以判斷你是不是偷車賊，甚至最近失業、有沒有齣過國、住哪裏、有沒有女朋友都可以判斷齣來。因此，PAVE PILLAR架構的最大戰術優勢就是將雷達與電戰的數位訊號送到同一群電腦進行分析，使程式很容易進行跨感測器的演算，甚至找到單一感測器無法發現的目標。

A3M軟體可在空戰過程中綜閤管理自身與友機的感測器，預測目標的動態、保持狀況警覺、並預測武器的命中機率，等於是傳統雙座戰機的後座武控官

因此，有瞭超級電腦的支援，美國空軍認為空優戰機可以不需要後座武控官瞭，雷達、電戰、甚至網路目標（Iterneted Target，意即友機或預警機傳來的目標）都可由超級電腦匯整資料，轉化成直覺的戰術情報顯示在座艙中。在發展F-22前進行的 「空對空攻擊管理」（A3M，Air- to- Air Attack Management）計畫就 是要發展齣空戰用Siri，它不但能接收雷達、紅外綫與電戰等感測器的訊息並融閤成MSI追蹤檔案，還能主動控製這些感測器的操作模式與掃描角度，自動完成掃描、發現、追蹤與識彆目標工作外，還能對周遭未掃描空間保持警覺（可引導友機進行掃描），並能控製感測器維持在最低發射功率來保持匿蹤。

洛馬與DARPA在1990年代進行的「駕駛助理」（Pilot's Associate）計畫要以人工智慧當作後座的幽靈武控官，除瞭感測器與射控外，可以進一步在飛行前進行任務規劃，並在任務中監控整架飛機的飛行狀況並提供故障排除建議。並該計畫也利用瞭類似F-22的座艙進行模擬，但後來並沒有安裝到F-22上

透過高速無綫網路，A3M能與友機分享追蹤檔案，甚至協同以被動方式（紅外綫或電戰）三角定位目標而不發射雷達波。A3M也負責射擊解算，也能綜閤各種資訊來自動計算飛彈的動態射程與射擊時機，或是計算來襲飛彈的能耐以建議或執行反製措施，可說是一種第五代空戰的CEC係統。模擬結果顯示，在最多達50機的大規模空戰中，安裝A3M軟體的戰機能提升15~18%的超視距飛彈射程，並增加35％的先射機會（藍軍發射飛彈而紅軍未射）。最後在飛彈命中率相仿（有A3M：0.38 vs 無A3M：0.36）的情況下，藍軍擊墜數增加22%，交換比則提升18%。
奠基在A3M的基礎上，美國空軍又進行瞭 「空優用整閤控製與航電」（ICAAS，Integrated Control and Avionics for Air Superiority）計畫 ：它的名字很像IFFC（ Integrated Fire Flight Control ），也就是中國網友很愛提的 飛推火一體係統 ，但已經不是同一個檔次，因為它不隻是整閤單機內的設備控製，而是整閤多機的戰術控製。該計畫除瞭A3M與IFFC係統外，再加上瞭空戰飛行管理係統（Air Combat Flight Management System），能夠根據A3M的感測器綜閤情資，選擇戰術並監控執行情形。

A3M的研究成果也包含新一代座艙介麵。傳統座艙的螢幕是綁定設備，例如雷達有雷達的螢幕，電戰則有電戰的螢幕，飛行員必須依戰術情況將螢幕切換給特定設備。而A3M的螢幕則是綁定戰術，中央最大的螢幕顯示整體攻守的態勢，右方螢幕顯示待攻擊目標的戰術訊息，而左邊的螢幕則顯示威脅的防衛資訊，雷達或電戰的操作與設定功能已經躲在螢幕後麵，由A3M空戰管傢幫你處理好

舉例來說，藍軍編隊在發現敵機編隊後，就會自動識彆與評估敵機的威脅，並提供戰術選項給藍軍的長機。長機選擇戰術後，軟體自動計算齣戰術動作的檢查點，並根據戰機機動性能提示僚機應採怎樣的動作來執行選擇的戰術。過程中如果敵友態勢有變化，或是藍軍沒有即時到達檢查點，軟體便會評估是否需要更換戰術並提示飛行員。另外，不像傳統射控電腦隻會計算自身飛彈射擊目標的動態距離，ICAAS軟體不但可計算同時射擊多架敵機的命中率與脫離航綫，還會計算敵機反擊與被命中的可能性，因此它能綜閤計算齣存活率最高的時機點建議飛行員進行射擊與閃躲動作。

ICAAS軟體能自動建置戰術，並在檢查點監控飛行員是否達標，以決定是否改變戰術

而當戰機配備高速無綫網路後，ICAAS更是如虎添翼。除瞭利用友機的感測器交互監控目標的動態外（例如當本機在閃躲時，利用友機的雷達繼續追蹤目標），甚至可自動進行「協同飛彈作戰」（CMO，Cooperative Missile Operation）：也就是所謂的「A射B導」。這種戰術在主動雷達導引飛彈與戰機用資料鍵成熟後就有人在研究，但隻有利用感測器整閤達到「你眼中有我，我眼中有你」的境界，透過自動分析戰況的專傢係統纔能讓友機無縫整閤。ICAAS可以在群戰中自動配對兩架戰機擔任發射者與導引者的角色，並分彆引導飛行員完成發射後脫離或中途導引動作。測試顯示CMO功能可為5代機延長65%的“F-Pole”：也就是飛彈命中時的雙方距離，F-Pole越長代錶敵機臨死前發射飛彈與你同歸於盡的機率越小。
利用真人飛行員與模擬飛行器進行的360次模擬空戰顯示，ICAAS軟體讓第五代戰機麵對4:1數量優勢的先進對手（包含第四代戰機與半匿蹤的先進戰機）仍可達到12:1的交換比。交換率的提高除瞭因為勝率增加30%外，更重要的是損失率從50%下降到15%，有效保障瞭飛行員的生存性。因此，ICAAS已經不隻是空戰用Siri，而是會自動駕駛與閃避的Tesla自動車，甚至是勝率計算並戰術決策的空戰用AlphaGo。

MDPU共有五種運算/功能卡：1. DP資料運算卡, 2. GP圖形運算卡, 3. BC匯流排串接卡, 4.MM記憶體擴充卡, 5.MG地圖産生器，透過機櫃上的SCI匯流排互相傳輸資料，速度可達300 Mbytes/s

除瞭F-22外，法國的疾風號稱是第一種採用整閤模組航電架構的戰機，其機上有一具「模組化資料處理單元」（MDPU）機櫃，具有18個插槽，一張資料運算卡就有50倍於幻象2000-5的運算能力。但要注意的是並非每個插槽都可插滿資料運算卡，共有五種運算/功能卡需要插，但也不像F-22一樣有訊號運算卡。機上的Specrtra電戰係統仍有3顆訊號處理器，而RBE2雷達也有2GFOPS運算能力的訊號處理器。也就是說它隻把資料與圖形運算集中到MDPU，並不像F-22連訊號運算都集中到CIP，所以插槽隻要18個，遠低於F-22的132個。僅整閤資料運算而沒有整閤訊號運算，疾風機還是可以進行「感測器融閤」，隻是跟台風式一樣隻能做到追蹤層，無法像F-22做到接觸層。

左上角的EMTI是法文的「模組化資料處理單元」（MDPU），而雷達與電戰係統連接的紫綫應該是STANAG 3910 高速匯流排直通EMTI。右下角則錶示其儀錶版不像傳統戰機是螢幕綁定偵測器（藍螢幕顯示藍偵測器，綠螢幕顯示綠偵測器），而是每個螢幕都綜閤顯示多個（多色）感測器的「融閤」結果

洛馬公司也用F-22 CIP的經驗發展瞭F-16改良計畫用的「模組化任務電腦」(MMC，Modular Mission Computer)，雖然採用瞭類似的運算卡，而機櫃中也使用同樣的PI匯流排作為運算卡之間的通信用，不過它隻有將資料運算部分集中進來，訊號部分運算仍分散在各感測器中，因此MMC機櫃對外通信僅有低速的1553匯流排。不過美軍很關注MMC電腦計畫，因為原本要使用PI匯流排的A-12與RAH-66都被腰斬，F-22也産量大減，美軍隻能靠MMC計劃維持相關零附件廠商的生存

在F-22發展成功後，商用航空領域也希望引進整閤模組化航電係統來簡化電子係統，畢竟許多民用客機也是使用電子飛行控製係統，機上除瞭飛行用電子設備外，還有多種電子係統滿足乘客的消費需求。民航電子工程協會就為整閤模組化航電架構製訂多種ARINC標準，而瑞典第三代的JAS-39就用這種標準開發全新的航電係統。

瑞典JAS-39的第三代就採用瞭ARINC-653標準設計整閤運算架構，強調利用Partition分隔概念將不同程式在不同空間中執行，以免互相乾擾

雖然F-22的整閤航電運算架構是如此之先進，但在1990年代後，商用電子市場的蓬勃發展使其每年都可推齣一個新的世代，軍方不但開案速度已經跟不上，而且開一顆IC的製造成本也不是軍方可以負擔。因此，軍用電子係統幾乎都使用商用處理器作為核心，稱為「商規現成電腦」（COTS， Commercial Off-The-Shelf）。這造成所謂的「後發優勢」：即便是美國的對手，也可在商用市場上取得更快更強大的處理器，使其運算效能反而比美軍還高。
一個明顯的例子就是俄羅斯Su-35上採用的「交換式單一運算環境」（ЕКВС，единой коммутируемой вычислительной среды），它具有兩台「特用數位電腦」（СЦВМ，специализированные цифровые вычислительные машины），透過PCI-E介麵讓多顆處理器交換資料並進行平行運算：

Solo-35.01訊號處理電腦：具有4個數位訊號運算模組可以達到80GFOPS的訊號處理速度，相當於F-22兩座CIP的4倍。
Solo-35.02資料處理電腦：具有4顆MIPS R7000架構的64位元中央處理器進行資料運算

其處理速度超過CIP的主要原因是時脈頻率達到500MHz，是F-22的十倍以上，這是十年前的電子科技絕對被追過的地方。但在架構上卻沒有F-22這麼先進，因為這兩具電腦其實是IBRIS-E相位陣列雷達的一部份，Solo-35.01透過兩條LVDS傳輸綫接收雷達的資料，分析完畢後透過光縴傳遞到座艙，而Solo-35.02則透過低速的1553匯流排接收其他航電係統的資料，進行綜閤資料分析。

楊政衛所寫的「俄羅斯"準五代"戰機-Su-35BM專題：航電係統部分"一文中的錶格，其中"Solo-01/02即為Solo-35.01/02，不但時脈是CIP運算卡的數倍，記憶體也是CIP記憶卡的數倍

承上圖，Solo-02電腦僅有4條1553匯流排與其他航電係統交換資料，而沒有光縴之類的高速網路，其異種航電之間的整閤程度可以說比台風式還低

IRBIS-E雷達是俄羅斯被動陣列天綫雷達的極緻，藉由快速切換波束角度，它能同時進行對空與對地作戰，因此Solo-35.01/02兩具電腦的多工處理能力能協助它進行多目標/多功能接戰，俄羅斯也發展瞭一種 Baguette 2即時作業係統來管理，未來可藉由新軟體App的研發來強化既有的功能，或增加新的功能。
然而，兩台СЦВМ其實是將傳統雷達的訊號運算與資料運算電腦強化成中央電腦，但電戰及其他係統仍靠各自的電腦進行獨立運算，隻以低速匯流排與中央電腦連接，沒有達到共用運算的境界，可說是第二代階層式架構的變形。

俄羅斯航展展齣的IRBIS-E雷達模型，可看到中間上方的黑盒子（DSP Processor）即為Solo-35.01訊號處理電腦，而資料處理單元安裝在另一麵

不過話說迴來，如果一片訊號處理模組的運算能力就可以相當於F-22的9片訊號運算卡，反正微處理器越做越小，速度越來越快，大不瞭每個子係統都配一塊運算卡，為什麼一定要用復雜的整閤運算架構呢？這是沒錯，不過新架構還是有一些優勢：

F-22將運算工作分散在兩座CIP與數十張運算卡上，任何單一元件的故障隻會造成運算效能的下降，而不會造成整體運算能力的喪失，所以抗損程度較高。
集中處理器到兩個機櫃上大幅減少維修的負擔，尤其F-22是匿蹤戰機，其外殼艙門的匿蹤處理非常復雜，能少開孔就少開孔，假如電腦裝得到處都是，就要到處開艙門來換卡。
僅有Solo-35.01以高速綫路連接雷達，其他係統（例如：電戰、通信）仍是低速網路，顯示感測器融閤程度比台風還低。

因此，俄羅斯第五代戰機：T-50採用的 N-036EVS係統就將仿造CIP架構，將兩台Solo-21電腦透過高速光縴連接，並將雷達以外的運算工作也集中到兩台電腦上。

N-036EVS係統除瞭用在T-50，也就用在新一代Mi-28NM攻擊直昇機上

而目前運算速度最快的戰機電腦，則是波音為F-15改良案發展的「先進顯示核心處理器」（ ADCP II ， Advanced Display Core Processor II ）採用 Freescale P4080 64位元多核處理器，時脈 1.5 GHz，資料運算速度達87GIPS。除瞭支援大螢幕的多視窗顯示外，也可支援電戰、紅外綫搜索與追蹤、以及雷達係統的運算（應該是隻有資料部分，沒有訊號部分）。

波音為F-15改良案發展的ADCP II 電腦，取代瞭原有的CC中央電腦與顯示器控製電腦，並透過1553匯流排與機上係統連接。其外型仍是傳統的LRU架構，目前還不知道F-15會不會安裝額外的高速匯流排來充分利用電腦效能。

第4代 : 整閤式感測器(1990~2000) 有些人會以為，美軍研發武器都是基於虛榮心，純粹隻是為瞭高大上，就串通軍工産業體係發展華而不實的武器科技來欺騙納稅人的錢。但其實美國國會與審計部不是省油的燈，美軍得說明現在投入這項科技的研發，未來會省下量産或維護的錢，纔騙得到國會的預算。所以，發展ATF/F-22的時候就說把運算能量集中，會比分散更省錢，纔騙到第3代航電架構的研發預算。而到瞭發展JSF/F-35的時候，由於它應該要以較低的價格換取較多的數量，纔能跟F-22「高-低配」，因此降低航電係統的成本就更為重要，於是又研發下一代更「便宜」的航電架構。

前麵提到航電係統佔全機重量比例趨於穩定，但價格比例卻是水漲船高

降低成本找航電下手的原因是航電的成本比例越來越高。一架新戰機的研發預算通常是30億美金起跳，而航電係統的硬體大概就佔20%，軟體又佔20%，閤起來就有40%，服役20年的維護成本大概又是這個金額的兩倍。而航電係統中，又以感測器的成本最高，佔瞭70%與相似比例的重量，前麵談瞭很多資料運算電腦，其實成本隻佔整個航電架構的20%而已。

F-22年代的戰機航電成本比例，PVI指得是座艙介麵，VMS指得是飛行控製與引擎控製，SMS則是控製外掛裝備

所以，許多戰機用高速電腦集中做資料運算，其實對整體成本的影響不大，隻有F-22將訊號運算集中，纔能省掉感測器的一部分成本。而對F-35而言，其設計是製空製海反登陸的多用途戰機，不同任務需要不同的感測器與通信設備，全部塞在同一架飛機上就是增加重量與整閤的成本，與原始定義的低成本戰機背道而馳。

第四代架構除瞭將感測器的後級訊號運算集中處理外，連不同感測器的類比/數位前級與天綫也可集中為同一套，進一步縮減航電係統中成本最高的感測器部分

因此，美軍在發展聯閤打擊戰機之前，委託波音公司、麥道公司與Harrison公司聯閤研發的下一代航電架構：PAVE PACE（註），首要目標就是「共用感測器」：藉由一具通用的寬頻天綫與訊號前級處理，雷達、電子截收、電子乾擾、通信...等「功能」能共用同一具感測器同時執行功能，則全機安裝的感測器數量可以大幅縮減，不但能減少航電的購置成本，也能減少在匿蹤機體上為瞭安裝、維修而開洞的數量，進一步降低戰機的匿蹤維護成本。
註：PACE是步伐，進度的意思，依台灣的習慣硬要翻的話隻能翻做「鋪步」，也算是跟PAVE計畫的老祖宗：鋪路（Paveway）相呼應。不過中國軍研圈更奇妙地翻成「寶石台」，Pave翻成寶石就已經很牽強瞭，Pace又跟「台」有啥關係？看來看去，我隻看到百度文章中，似乎早期有人寫的文章中把Pave Pace拼錯成Pave Pale，Pale有蒼白與範圍兩種意思，可能是將「用柵欄包圍的範圍」解釋成「平台」，跟Pave閤起來就成瞭八竿子打不著的「寶石台」。

F-35從對先進對手的撕開防空網任務到對遊擊隊的近接支援任務都需要參與，每種任務都或多或少有自己的特殊天綫，纍積起來就是大量的感測器成本

如同以往的航電架構革命，最大的動力來自於IC技術的發展。第五代航電能共用感測器的原因主要是「單一微波積體電路」（MMIC， Monolithic Microwave Integrated Circuit ）的成熟。這種科技主要是將以往類比電路纔能做到的微波發射、接收與處理功能濃縮到一小塊IC上，不但大幅縮小體積與重量，還能增加頻寬、降低噪訊和增加可靠性。運用這種科技，小到手機，大到主動陣列雷達都可做成全「固態化」，也就是完全由IC組成而不需傳統的類比電子元件。

上方是F-22的Pave Pillar計畫設計的感測器架構，共有64個不同天綫。下方是F-35的Pave Pace架構（與最後量産機的架構可能會有部分差距），藉由將相近頻率的天綫共用化，隻剩下21個天綫，價格與重量也減少一半

利用寬頻天綫技術，PAVE PACE將天綫分成以下5組：

2-20MHz ：HF，多圈環形天綫，海軍艦隊跨地平綫語音通信與資料鍵用（不確定量産型有無包含）
30-200MHz：VHF，多圈環形天綫，近接支援與地麵部隊通信用
200MHz-2GHz：UHF+L頻多臂螺鏇天綫，空中通信、主/被動電戰用
2-6GHz：S頻＋C頻寬頻閤成陣列天綫，資料鍵與主/被動電戰用
6-18GHz：C頻+X頻+Ku頻寬頻閤成陣列天綫，資料鍵、主/被動電戰與雷達用

圖中可看到主翼前方中間的長條狀，以及尾翼後方的兩塊是Band 2 : 2-6GHz的通信暨電戰主動陣列天綫，主翼尖前後四塊的Band 3/4則是從C頻到Ku頻的主/被動電戰天綫

由於大部分天綫可支援多種用途，因此飛機隻要在前後左右四個象限讓每個波段至少有一具天綫涵蓋到即可，不需要重復投資（註）。其中2-6GHz，6-18GHz兩種都使用MMIC技術的寬頻陣列天綫，不隻能涵蓋主動通信、主動乾擾與被動截收任務，而且還能用波束塑形技術控製指嚮，對電戰而言可以強化聚焦乾擾功率，對通信而言則可避免被敵人截獲。
註：PAVE PACE規劃架構中，機頂與機腹各有一具涵蓋2-18GHz的超寬頻被動電戰天綫，不確定是否保留到量産機上。

Pave Pace的共用天綫收到的射頻訊號都交由同一套前級處理後，轉換為數位資料；反之，發射時也是由同一套前級調變訊號，根據波段與天綫位置選擇適當的天綫發送齣去，使電戰、通信與雷達不需使用專門的天綫

共用天綫之外也要共用前級，否則每種裝備都要接自己的波導到共用天綫隻會讓架構更復雜。PAVE PACE計畫確認，UHF以上波段頻率轉換器可以轉換成同一種「中頻」，就可透過同一套交換器傳遞射頻信號給六種接收器萃取齣信號，交由「脈衝/導航」與「展頻」兩種前端處理器轉換成數位原始資料送進光縴匯流排。發射時也是使用同一種中頻調變，再透過數個頻率轉換器轉成工作頻率後交給天綫進行發射。也就是說，雷達警報器與自己的雷達都是透過同一套接收鍊分析信號，而展頻編碼通信與通信截收也是透過同一套接收鍊進行分析，大幅縮減瞭射頻子係統的數量。

如同F-22，F-35也是將通信、導航與識彆子係統的前級處理器集中在同一個IAR機櫃。但可能是處理速度的進步，加上共用前級的概念，其機櫃縮小為隻有一排

共用天綫與前級，除瞭節省成本外，也增加運用的彈性。最明顯的例子就是前嚮雷達變成電戰與通信的共用天綫，可以協助接收信號，也可以用主動陣列的強力波束代為發射。反過來說，機翼前後的小型陣列天綫有無可能成為雷達的一部份，嚮後發射雷達脈衝來偵測目標呢？還是把主翼上的Band 2天綫變成S頻雷達呢？目前沒有消息說F-35有實做這樣的功能，但在架構上，共用感測器的確有這樣的可能性。

從F-35製造商Ball Aeraspace的DM上可看到機背與機腹還有分開的UHF與L頻天綫，並沒有如Pave Pace架構所說的完全共用。另外注意機尾兩側也有雷達高度計天綫，這可搭配自動防撞係統避免在俯衝時撞地

不像F-22主要靠射頻感測器僅行作戰（僅有飛彈警報器是紅外綫的），F-35需要相當多紅外綫感測器協助作戰。例如F-35在近接支援任務需要高解析度的長焦紅外綫觀察地麵戰場，而在戰場上空徘徊就會暴露在紅外綫地對空飛彈的射程中，需用紅外綫預警飛彈來襲。總地來說，F-35的任務包山包海，所以需要的紅外綫感測器幾乎涵蓋所有戰機裝過的感測器：

對地標定功能：以長焦/極長焦拍攝遠距離地麵目標以提供高放大率/高解析度即時（高視幀率）影像，主要挑戰是畫麵的解析度
紅外綫搜索與追蹤（IRST）：以長焦偵測遠距離或低溫的飛機熱點（低視幀率），主要挑戰是低溫（無後然器）飛行目標的靈敏度，並排除雲層反射與其他中低溫熱點的誤報
前視紅外綫（FLIR）：以正常焦（相當於肉眼）提供高解析度即時（高視幀率）影像來夜視飛行，主要挑戰是畫麵的解析度與連續性（無跳躍）
飛彈警報器：以超廣角即時（高視幀率）偵測來襲飛彈熱點，主要挑戰是過濾地麵火光産生的誤報
炸射效果評估（BDA）：以長焦拍攝投彈瞄準點，提供命中到二次爆炸過程的高解析度即時（高視幀率）影像，由於二次爆炸的強大閃光會飽和感光元件，需提高感測器的動態範圍

大部分的紅外綫/雷射標定莢艙都兼具(1)與(5)兩種功能，而有的莢艙可以做到(1)與(2)的整閤。但F-35要挑戰的是(2)、(3)、(4)、(5)都共用同一套感測器。在以往的設計中，這幾乎是不可能的，因為如同上麵的說明，平平是紅外綫攝影機，但焦段不一樣，就要用不同的鏡頭。想閤而為一，就好像棒球賽轉播想要用同一具攝影機以超廣角看到整個球場的動態，又能隨時聚焦看清其中一名球員（註），還要在棒球飛齣去時追蹤它的軌跡。但感謝數位運算技術的發展，要用單機作業取代傳統的四機以上作業不是不可能瞭。
註：以台風式的PIRATE紅外綫為例，其在IRST模式會切換到兩倍放大的鏡頭增加遠程目標的分辨率，但在FLIR模式則切迴1:1鏡頭
PAVE PACE計畫中的子計畫：分散孔徑紅外綫係統（DAIRS，Distributed Aperture Infrared System）採用瞭以下數位技術：

非均勻校正（NUC，Non-Uniformity Correction）：紅外綫感測元件如同現代的數位相機，是由晶片上數十萬顆以上的微小感光元件組成凝視陣列，但每顆感光元件對光綫的反應不可能完全一緻，也會受到感光晶片溫度不均勻分布的影響，這些微小的誤差就會産生躁訊，而為瞭過濾躁訊就會降低靈敏度。傳統上可以用色片校正誤差，但這會中斷拍攝過程，而透過多幅視幀的差異分析則可以即時校正誤差，提高靈敏度與低光的動態範圍。

利用NUC技術消除感光晶片的噪點，避免感光晶片為瞭過濾噪點而降低對微弱訊號的靈敏度

微掃描（Microscan）：傳統上決定影像解析度的是每個畫素的「瞬間視野」（Instantaneous Field of View），意即畫素越多或總視角越小則解析度越高。而飛彈警報器為瞭減少安裝數量，會採用超廣角鏡頭，在感光畫素相同的情況下，其「瞬間視野」就會比導航用前視紅外綫大很多，也就是畫麵的顆粒很大。但同樣地，透過多幅視幀的微小差異比較，影像處理技術重新繪製齣更高解析度的畫麵。在PAVE PACE計畫發展時期，以16幅視幀可以拼齣一幅2倍解析度的畫麵，而隨著處理技術的提高，解析度有可能提高到4倍。

利用微掃描技術可從感光晶片壓榨齣更多解析度

暫態積分（Temporal Integration）：由於飛機在動，固定攝影機拍攝的背景畫麵會以一定速度往後移動，但比較多幅視幀我們可以發現某些「畫素」移動的速度與方嚮跟背景不一樣，則這些畫素就是飛彈警報器或IRST要找的移動目標（尤其是後者要找的低溫飛機目標）。搭配NUC技術降低噪點，感測器對移動目標的靈敏度可提高12倍之多。

以色列一篇論文利用暫態積分技術找到叢林背景的直昇機

速度過濾器（Velocity Filter）：通常瞄準戰機而來的飛彈，其角速率會趨近於零，也就是說它相對於飛機的角度是不動的，但相對於背景卻在動（因為飛機在動）。運用「偵測前追蹤」（track before scan）的技巧，也就是在判定為目標前，就用亂槍打鳥的方式對所有滿足特定角速率的「畫素」動態全部記錄下來，再以暫態積分器或其他演算法逐一清查，就可提前找到小型的飛彈目標。另外，遠距離飛機的角度變化率也是趨近於零，所以也可用同樣手法提早偵測。

韓國嶺南大學的一篇論文中，利用暫態過濾器偵測紅外綫影像中的微小目標以作為戰車的主動防禦係統

以上所談的數位演算法都可利用多幅視幀提高畫麵的解析度（Resolution Enhancement ）或偵測的靈敏度（Sensitivity Enhancement），但不錶示偵測器的視幀率一定要大幅增加（但越多的確越好）。假設各演算法都統一用16幅視幀運算，每一幅視幀都可以跟前麵15幅疊加運算；這也錶示新視幀得放在高速記憶體中，讓後麵新進的15幅視幀一一運算完纔能放你走。因此需要的是記憶體與高速的運算能量：每一個畫素基本需要80次運算，NUC需要8-10次，解析度提高需要50次，靈敏度提高需要4次，總共加起來每一個畫素就要運算150次(!)。以MPEG-2的640×480畫素，每秒30幅視幀估計，六具紅外綫偵測器需要29-42GOPS的運算。

DAIRS需要的運算速度與記憶體估計，可看齣MTWS飛彈威脅警報係統與IRST需要的運算能量比較大。

但經過數位化拆解後，就非常適閤導入「共用感測器」架構。F-35最後安裝的AAQ-37分散孔徑係統（DAS，Distributed Aperture System）其實隻是六具95°×95°超廣角視野的中波紅外綫GoPro攝影機，它們以高視幀率不斷拍攝齣360°×360°的全景影像就好，再來全部灌入後端平行運算的超級電腦，以不同的程式分彆進行FLIR、IRST、MTWS....等運算。也就是說，在飛行員以頭盔顯示器看到那著名的「穿牆」影像同時，超級電腦就用同樣的影像去偵測畫麵中暗藏的飛彈、飛機甚至地麵防空砲（諾格公司曾發齣新聞稿錶示，雖然軍方原始需求中沒有，但AAQ-37也可自動偵測防空砲口的火光）。

F-35共有六具分散式紅外綫，分彆在機腹2具，機背1具，機鼻上左右有3具

由上可知，不管是射頻或紅外綫係統都隻是單純的感測器，大量的原始數位資料（猶如數位相機的RAW檔）要塞入後方的共用運算架構纔能轉換成戰術資料。而F-22的PACE PILLAR匯流排架構有兩大問題無法繼續沿用：

FOTR光縴匯流排雖然可達到400Mbps但隻能點對點；多對多通信的HSDB光縴匯流排速度隻有50Mbps，而且它的Token傳輸架構比較適閤小資料，如果要傳的資料太大（例如DAS拍攝的紅外綫RAW檔），就要切成好幾個封包分批傳送，導緻資料接收的延遲。而F-35不但比F-22多齣許多紅外綫影像資料要傳輸，而且它的射頻天綫具有多種功能，主/被動電子信號都會經過，都需要高速網路傳輸。
F-22的匯流排太多種類，光縴匯流排就有兩種，CIP機櫃裏還是用PI電子匯流排。即便是同一座CIP機櫃，不同PI匯流排之間的通信也要經過閘道器。因此，感測資料後送處理到交叉處理的過程可能要經過多次匯流排轉換，造成不必要的資料延遲。

Pave Pace估計的感測器資料傳輸量，可以看到紅外綫係統增加近1Gbps的資料要傳

因此，PAVE PACE計畫設計瞭新一代的共用光縴匯流排，稱為「光子交換網路」（PEN，Photonic Exchange Network）。它衍生自IEEE的「即時版-擴充同調介麵」（SCI-RT，Scalable Coherent Interface-Real Time ），SCI是為超級電腦中上韆處理器互相通信而開發的高速網路，而SCI-RT則是為瞭即時性係統而開發的版本，兼具時間差保障與容錯特性。SCI網路可接成Token Ring架構，也可使用星狀架構，或兩種架構的混閤。同機櫃的處理器通信係採用星狀架構，PAVE PACE開發瞭SEM-E規格的64埠「光子交換模組」（PSWM，Photonic Switch Modules），將資料運算卡、訊號運算卡與記憶體同接在到交換器上，交換器可替兩個裝置建立「虛擬綫路」（Virtual Circuit），在Session建立後就是點對點直接對傳，不需保留資料傳輸時間給共用綫路的其他裝置，使大型資料可以一次傳完，不需等候其他裝置。
既然交換器架構這麼神奇，為什麼以前不用呢？原因是高速網路的交換器本身也需要高速處理器進行運算，而接的「埠」（Port=連接的設備數量）越多，所需要的網路處理器也越多。不過，由於現代電子技術的進展，SEM-E電路闆上已經可以焊上多顆網路處理器。另一方麵，由於後端處理器的單顆運算速度提高，也減少要連接處理器的總數。綜閤這些電子科技的進展，PAVE PACE在主機櫃上插瞭兩片32埠的光縴交換器就能滿足需求。每條光縴的傳輸率是2Gbps，而兩「張」交換卡之間的傳輸率則是24Gbps。

F-35終於實現共用網路的影響，將中央電腦機櫃內與機櫃外的網路都統一為紅色的光縴網路，節省資料橋接的延遲

而在後端運算上，PAVE PACE仍然延續PAVE PILLAR的整閤運算概念，將多張運算卡插到稱為「整閤核心處理器」（ICP，Integrated Core Processor，縮寫正好是CIP前兩個字母的顛倒，算是老美的惡趣味）的機櫃中。主要的差彆是全麵擁護COTS電子技術，號稱所有的處理器與電子零件都是COTS。正如同其他國傢會用COTS電腦欺負F-22，作為小弟的F-35也不例外。在1998年規劃時，就預計使用時脈75MHz的資料處理器與訊號處理器，運算速度分彆達到150MIPS與運算速度150MFLOPS，相當於F-22 DDPE/DSPE的7倍效能。而量産時，資料處理器改用4顆Motorola 的PowerPC G4處理器(以7410估計，其運算速度在時脈500MHz時是917MIPS)，總和達到40GIPS；訊號處理器來源不明，但用2顆就可達到75.6GFLOPS，外加225.6GMACS的影像處理器，整體運算能量已達F-22的數十倍，但卻隻需要22張運算卡與功能卡，使其兩座ICP機櫃分彆隻有23與8個插槽，大幅縮小體積也發揮集中運算的精神。

PAVE PACE從最前端共用天綫、共用前級處理到共用網路、共用後端運算、以緻於共用螢幕，使航電資源可以同時應付多個任務，大幅降低多任務戰機的航電成本

另一項發揮COTS精神的則是「場效程式化邏輯陣列」（FPGA， Field Programmable Gate Array ）技術：雖然商用處理器的效能已是早期軍用ASIC晶片的上萬倍，不過商用處理器為滿足多數用戶的需求，其邏輯會設計較為復雜而通用化，而ASIC晶片則可針對問題直接以最精簡的綫路進行設計，可以少跑一些步驟來加速運算。以F-22為例，部分速度要求高、但用途單一的需求（例：I/O、加/解密....等）仍採用軍方研發的ASIC晶片。
然而，美國海軍在1980年代資助的FPGA技術則可根據VHDL之類的硬體描述語言直接將邏輯電路燒錄到空白晶片中，不需要從光罩開始生産，大幅降低運算晶片的開發成本。由於早期FPGA晶片時脈較慢，多半用在實驗或測試用途，尤其是在晶片量産前驗證設計之用。但同樣受到摩爾定律的推動，FPGA晶片的時脈與速度快速增長，已超過早期的ASIC晶片。因此，在軍用級封裝與製造技術的成熟後，軍方也開始使用FPGA來製造少量多樣的特殊晶片。以F-35為例，2013年就以1.05億美金嚮Xilinx公司採購瞭83,169顆FPGA晶片，迴來各自燒錄前端或後端處理用的運算綫路燒錄進去，用途包括：加密、波形調變、影像處理...等。
F-35的軟體也是COTS概念，作業係統直接選用Green Hills開發的Integrity DO-178B即時作業係統，這是少數通過民航與軍方認證的即時作業係統。軟體開發也放棄PAVE PILLAR時代主推的ADA語言，因為美國在兩次網路泡沫之後，軟體開發人纔的薪資水漲船高，軍方與軍火業給得再多也比不上矽榖的股票，要招募足夠ADA程式員是難上加難。因此F-35改用業界最普遍的C++語言進行開發，起碼比較容易揀到矽榖挑剩的人纔。

雖然PAVE PACE是要共用感測器與前級，但在實際發展時可能還是有些妥協。以Harris的DM為例，除瞭ICP機櫃外，雷達有兩座專用機櫃、CNI有兩座機櫃、甚至電戰也有兩座大機櫃來安放前級處理器，機櫃數量似乎與F-22差不多。

如同F-22，F-35也有開發多感測器的融閤與管理軟體。但不同的是，F-35是共用感測器架構，所以不同應用軟體可能會搶奪感測器資源，管理上更加復雜。尤其F-35是多任務機種，對地/對空任務會同時執行，例如雷達會同時對地繪圖與對空接戰，非常忙碌。因此F-35啓用瞭「虛擬感測器」（Virtual Sensor）概念，也就是將一到多個感測器的特定角度範圍、特定模式、特定時間...等組閤定義成一個虛擬感測器。不同程式分配到各自的虛擬感測器作為資源來執行各程式的任務，但其實感測器都是同一組，在中介管理程式的引導下，不斷切換模式來提供所需的資訊。
F-35的軟體也具備人工智慧，雖然找不到太多的資料，但肯定比F-22更強調同時對空/對地的戰術應用。例如BAE公司曾其ASQ-239 電戰係統具有「認知」能力（Cognitive）能力：為瞭對付現代數位雷達可利用程式快速變換波形特徵的趨勢，電戰係統已經來不及像以往一樣定期由地勤作業更新威脅資料庫（如同掃毒軟體更新病毒碼），機上係統利用超級電腦的資源能夠分析新發現的波形，破解其作業模式並自動産生對抗的乾擾波形。

在軍用電子領域這幾年有個很流行的名詞就做「軟體定義無綫電」（SDR，Software-Defined Radio），意思是說：無綫電機其實都有很多相同的元件，例如天綫、振盪器、發射機、接收器...等，那為什麼不同功能的無綫電就要不同台呢？如果你能用程式控製波型與編碼，它可以變成Walkie-talkie，也可以變成大哥大、2G手機、3G手機...等等。這跟現有的多模手機不一樣，因為手機是將不同模式的「程式」燒在晶片裏，但軟體定義無綫電就真的是用軟體控製，可以隨意切換或更新功能。而F-35的航電其實也可以說是「軟體定義航電」，因為它的硬體不能動、前端不能動、後端運算器也不能動，所有功能靠作業係統之上的軟體程式來控製。
所以我們可以知道為什麼F-35的軟體開發要這麼久，Block 1A隻有訓練功能（軟體），Block 2隻有基本作戰功能，Block 3i配閤處理器升級要重新編譯，Block 3F纔有完整作戰功能。另外我們也可以揣測，以色列版的F-35I想要整閤自主研發的電戰與資料鍵，其實就是有自己寫的電戰軟體與通信軟體。其過程可能是這樣：首先你要交入會費纔能加入「JSF開發社群」（不過這應該是美國人會幫忙付），加入後就會給你幾大箱的天綫規格、硬體規格還有作業係統的API手冊，外加幾人幾週的程式開發課程。接下來你就可以撰寫自己的程式來控製共用天綫，可能還會給你一些航電模擬器進行測試。開發完畢後送交JSF軟體審查委員會進行審查，看你寫的軟體會不會造成係統崩潰或其他Bug，審查完畢後發給你一個金鑰，你就可以把自己的軟體上架到「JSF App Store」，接著你的戰機就從網路上下載這些App就有自己開發的電戰與通信功能瞭，頂多讓你插一兩片自己的加速卡到機櫃裏。但這個意思也就是說，如果你一開始沒有加入「JSF開發社群」後麵就沒戲唱瞭，這也就是為什麼有些國傢明明沒什麼敵國外患，軍火産業還是會押著政府加入「JSF戰機聯盟」，因為他們唯有這樣，未來纔有機會把自己的軟體上架，或是為自己的硬體武器開發Driver，去賺其他國傢的錢。
第5代(?)：開放式架構(2020?) 雖然整閤式航電經過兩代的發展，已經越來越成熟，但也不是沒有它的問題。其中最大的問題就是它消滅瞭聯盟式時代的生態圈。如同前麵所說，大聯盟時代的航電廠商是百花齊放，很多國傢都會因為功能、價格或是迴扣(?)選擇副廠的航電設備。但整閤式架構消滅瞭這個彈性，尤其是第四代架構在戰機設計時就決定瞭天綫、前級與後端處理架構，其他廠商/國傢隻剩下寫軟體的彈性而已，而且這還要看原廠有沒有授權你改。