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首艘国产航母的雷达、指挥、数据链都能实现国产化吗

 4月26日,中国首艘国产航母下水。相比于辽宁号是在苏联瓦良格号的基础是改建?#27169;?#26412;次下水的中国首艘航母则是中国自主设?#24179;?#36896;?#27169;?#32780;且不仅制造了航母的船体,航母的“神经系统”、“千里眼”、“顺风耳”等关键子系统的核心元器件很有可能也完全实现了国产化。

相对于昔日的老大哥连两栖攻击舰都要从法国购买,中国在航母发?#32929;?#24050;经领先于俄罗斯了。

 

首艘国产航母

雷达、计算机等设备是怎么?#35805;?#19978;航母的

航母在问世之初,仅仅是一个海上飞机起降平台,在二战前,如今的海上霸占航空母舰也仅仅是战列舰的配角,舰载机更多是执行侦查、巡逻、舰炮校射任务。

二战中,航母逐渐取代?#33487;?#21015;舰,成为海战的主角。而在雷达问世之后,美国和英国先后将雷达搬上了航母和战列舰,搜索雷达可以探测上百公里外来袭的飞机,而火控雷达相对于光学测距设备具有全天候任务能力的优势,而且不像光学测距具有误差,使舰炮射击更加精准。相比之下,日本对雷达重要性的认?#27602;脫飞?#35768;多,在太平洋战争中后期才给航?#36212;?#35013;雷达。不过,由于日本在技术上和英美存在一定差距,日本雷达的性能也?#39134;?#19968;些。这使得日本海军在很多时候因为雷达的因素在局部战斗中比较被动。

在二战后,随着战机进入喷气式时代,以及电子管、晶体管计算机的发明,为了能够发现、识别、跟踪速度越来越快的战机,雷达技术和计算机技术结合了起来,而这使雷达和计算机被一同搬上了航母。

随着舰载机性能的提升和各?#25351;?#36895;反舰导弹的出现,?#38498;?#27597;舰载雷达的分辨能力、抗干扰能力和快速?#20174;?#33021;力提出了更高的要求。加上雷达技术的发展和航母使用中的实际需要,大型相控阵雷达、空中管制雷达、着陆辅助雷达、密集阵等近防武器的火控雷达等都?#35805;?#19978;了航母。

随着航空工业的进步和信息化时代的到来,舰载机的种类和性能也与?#31449;?#22686;,为了将航母上所搭载的舰载机如臂使指,就必须有完善的舰载指挥引导控制系统。这套指挥控制系统将雷达和各种传感器传回的信息进行处理,掌握航母上以及周边舰载机的实?#39318;?#24577;和飞行参数,然后根据这些数据进行指挥。

最初,指挥控制系统中间一些?#26041;?#38656;要人工作业,这不仅降低了效率,还增加?#39034;?#38169;率。随着信息技术的进步和战场数据链的完善,?#27704;?#36798;发现目标到数据传输和处理都可以实现全过程自动化,这种自动化指挥控制系统大幅提升了航母的作战效能。

航母有源相控阵雷达可以实现国产化

航母上最主要的电子设备莫过于指挥系统、通信系统和雷达系统。在雷达系统中,除了对空/平面追踪雷达、空中管制雷达,着陆辅助雷达、近防武器火控雷达之外,最引人瞩目的莫过于大型相控阵雷达。

 

装备相控阵雷达的052D

有源相控阵雷达上拥有大量T/R组件。而得益于近年来迅速进步的MOCVD工艺(还记得去年中?#35797;?#32463;试?#38469;展?#24503;国企业爱?#35760;?#20844;司,最后被美国前总统奥巴马以国家安全风险为由否决的?#23637;?#26696;么,爱?#35760;?#20844;司的主营业务就是MOCVD设备),T/R组件本身已经实现材料和工艺的国产化,如中国电科某所在2015年推出的氮化镓T/R组件系列产品。

几个T/R组件组成一个小单位被称为子阵,每一个子阵会搭配一个FPGA做数据预处理,一般情况下这种FPGA不需要特别高的性能,商业市场上中低端的2000万门级或者3200万门级的FPGA就行了。不过,有些情况下会要求更高性能的FPGA。

在后端的数据汇总处理过程中就需要DSP。必须?#24471;?#30340;是,有些对性能要求不是太高的雷达,可以不采用FPGA对数据初步处理,直接汇总到后端的DSP阵列进行数据处理。CPU则发挥着类似指挥官的作用,承担任务管理职能。

就各种军用芯片而言,军民融?#31995;?#29616;象比较普遍,很多军用芯片都是已成熟的民用产品做修改开发而成的。在这方面,美国有着非常丰富的经验,比如曾经被应用于军用电子设备的486DX,再比如美国国防后勤局就曾采购过赛灵思的FPGA用于监视、侦察和火控系统中红外传感器的数据处理。

其实,这种例子在中国也不是没有。根据媒体报道,全军武器装备采购信息网发布竞标消息,面对军队采购方提出的产品指标,有同行给出了2亿元的报价,龙芯表?#23616;?#38656;2000万元。龙芯方面解释了其中的原因:“这项技术,我们民品已经做成熟了,按军用要求修改即可,自然比从头做起要省钱得多。”

国内自主设计的CPU首推龙芯和申威,虽然不确定首艘国产航母是否会采用这两种CPU,但就CPU性能和稳定性、可靠性,以及以往在类似装备?#31995;?#20351;用经验而言,?#32479;?#25285;有源相控阵雷达任务管理职能的CPU而言,龙芯和申威是完全能顶上去的。

 

就DSP而言,国内有魂芯和华睿。中电38所研制的“魂芯一号”被授予“国防科技工业军民融合发展”技术创新奖,并在很多方面有所应用。华睿2号是基于龙芯3B修改?#27169;?#40857;芯3B是一款向量CPU,虽然通用性能有限,但这款向量CPU在很多特殊领域颇具潜力。中电14所对龙芯3B进行修改成为华睿2号。华睿2号将雷达信号处理算法提炼成FFT、FIR、相关、矩阵求逆等17种基本计算构件,通过计算构件的逻辑组合实?#25351;?#26434;算法,较好地解决了雷达系统大带宽、高吞吐的应用需求。该技术成功应用于面向先进雷达?#27597;?#24615;能数?#20013;?#21495;处理器研发及应用中。

 

就FPGA而言,国内有国微电子、智多晶微电子、同创国芯、高云半导体、京微雅格、771所和772所等公司或单位。这些单位或公司中有体制内单位、也有由美国归来的技术人员创办的公司,比如智多晶微电子的团?#27704;?#33258;美国FPGA厂商莱迪思(就是去年有中?#26102;?#26223;基金试?#38469;展海?#34987;20余位美国国会议员的联合阻挠的那家)。据小?#32769;?#24687;,国内有一些反向设计的产品供国防军工需要。

 

KJ500指挥预警系统的核心元件已100%实现国产化

正是中国电子工业的进步,使得中国完全有能力实现航母搭载的大型相控阵雷达的国产化。其实,在最近问世的某款预警机上,指挥预警系统的核心元件已经100%实现国产化。

数据链和通信系统、军事指挥系统也能国产化

除了有源相控阵雷达的核心元器件能够实现完全国产化,数据链和通信系统、军事指挥系统在上?#20848;?0年代末或本?#20848;统?#23601;解决了国产化的问题。随着国内技术进步,这些系统的基础软硬件也随着技术进步而更新。

指挥系统主要由CPU、DSP和操作系统辅以一些其他元器件构成。而且使用了自主CPU之后,经过系统优化,实?#26102;?#29616;一点不?#39134;?#20110;国外CPU,比如龙芯首席科学?#20197;?#32463;介绍:某指挥系统应用,X86 i7平台每秒20帧,龙芯平台优化前每秒3帧,优化后每秒30帧。虽然不清楚国产首艘航母的指挥系统会采用?#35009;碈PU,但自主CPU完全能胜任这项工作,而且经过系统优化后可以表现的比X86 i7更好。

 

数据链

至于战场数据链和通信系统,其实就是更高端的民用通信系统,或者说现在大家使用的无线通信系统其实就是战场数据链玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC(模拟数字转换器)、DAC(数字模拟转换器)、射频、天线等组成。CPU、DSP、天线不用多介绍了。射频芯片具有射频收发?#20984;?#29575;放大等功能,ADC是将数?#20013;?#21495;转化为模拟信号,而ADC则反过来,将模拟信号转化为数?#20013;?#21495;。由于数据链和通信系统中要涉及模拟信号和数?#20013;?#21495;的转换,因此在?#37038;?#31471;和发射?#21496;?#38656;要有ADC/DAC。此外,超高速ADC/DAC是雷达的重要器件,在电子战中,?#24503;式?#21464;也必须仰仗超高速ADC/DAC。

在数据链和通信系统上,其实软件的难度比硬件更大,对于硬件而言,基本不超过工控产品的要求,但在软件上就要下一些功夫了。

总而言之,首艘国产航母?#31995;?#25351;挥系统、通信系统和雷达系统,中国是完全有能力实现国产化的。