第十届世界雷达博览会于4月13日至15日在北京举行,展出的各种雷达功能繁多,琳琅满目。但对于很多普通军迷来说,这些雷达究竟体现了什么水平,可能也只是外行看热闹。很多军迷看雷达,都只看是不是aesa,以及探测距离多少,更多就说不出来了。实际上,探测距离并不能体现真正的雷达水平。
一些落后的雷达,通过增大功率和天线面积,一样可以做到很大的探测距离,而一些先进的雷达,因为用途不同,反而探测距离不如老式雷达。那么在同样功率和天线形态的前提下,体现雷达水平的是什么呢?一个是带宽,一个是后端数字信号处理能力。这就涉及到两个最重要的基础电子元器件,ADC和DSP。
ADC模拟数字转换器,它将连续的电信号采样、量化为0101这样的数字信号,以便后续编程用软件处理。根据奈奎斯特采样定律, ADC的采样率要达到雷达信号最高频率的2倍以上,当前雷达已经做到了x波段,频率为8-12ghz,adc的频率如果达不到的话,就要把雷达信号降频后再处理,将损失很大一部分带宽;同时,量化精度越高,能够处理的雷达信号动态范围就越高,丢失的高频信息就越少。
高精度高采样率的ADC的研制难度非常大,美国的亚诺德(ADI)公司和德州仪器(TI)公司是目前技术水平最高的生产厂家。
而数字信号处理器DSP则是运算ADC输出的0101信息的主要元件。美国德州仪器公司是DSP芯片的发明者,在美国企业中制造DSP的水平最高。但是近些年雷达信号处理的发展趋势是不再使用专门的DSP芯片,而是使用内置DSP功能的FPGA芯片,因此德州仪器推出新款高性能DSP芯片的积极性不高,实际上目前世界上性能最高的DSP芯片就是中电科38所的“魂芯”系列和中电科14所的“华睿”系列的最新产品。
但是美国FPGA芯片的性能仍然领先我们,而且还集成了领先我们的ADC芯片。FPGA芯片可以被理解为芯片中的积木,可以通过软件编程就可以改变内部晶体管的连线,将FPGA芯片变成任何你想要的芯片。美国赛灵思的射频处理FPGA不但内置了大量晶体管让你随便连线,还内置了高性能ADC和高性能的DSP核心,是目前世界上唯一最高性能的军用级射频处理FPGA产品。
那么我国雷达使用的芯片性能如何?有没有用美国技术,会不会被美国卡脖子?这届雷达展上就给出了答案。
在14号下午由航天9院北京772所的研究员做的报告中,就介绍了772所最先进的军用级FPGA芯片的水平,并与美国赛灵思公司最新的射频处理FPGA芯片做了对比。其ADC带宽可达9Ghz以上的直接采样,转换速率在 3Gsps以上。
而且四发四收,量化精度达到14Bit。而对于内置DSP核心的FPGA产品,772所最先进的解决方案已经使用28纳米工艺制造,规模6900万个门电路。不过这款FPGA没有内置ADC芯片,还需要和上面的产品结合起来用。
那么美国最先进的产品是什么水平呢?2019年赛灵思公司推出的全可编程射频SOC产品,最先进的一款内置采样率高达5GSPS的ADC,这是截至到目前国际上最强的单片集成可编程射频SOC芯片。而772所正在研制的数字信号处理FPGA芯片,将采用14纳米工艺制造,内嵌4GSPS的高速ADC,已经接近美国2019年的水平。当然,从2019年至今,美国也没有推出更高等级的芯片。
而且目前世界上除了中国以外,所有的FPGA芯片都由美国厂家垄断,我们比起赛灵思、ADI等公司最先进的产品确实有差距,但我们已经是世界上唯一的追赶者了,欧洲、日本的雷达生产商虽然在射频元器件上做得不错,但是在基带处理上完全依赖美国的芯片。
参观这个展会我们还有一个印象,就是雷达使用的各种高精尖电子元器件技术,正在从几大国有军工企业集团和科研院所,迅速扩展到大量的民营企业中去。尤其是在成都、南京、石家庄等CETC(中国电科)和CEC(中国电子)研制电子元器件的科研院所所在地,有大量从这些单位出来的科研人员创业,组建了大量民营企业,同样做某些品类的高精尖元器件,而且颇有特色,很多已经被军工单位采购,进入了发展的良性循环。
这个市场已经开始充分竞争,从性能、质量到价格,在世界上都拥有较高的竞争力。比如射频功放,氮化镓工艺的已经到处都是;雷达电源用的大功率、大电压DCDC变换器,五六年前我们还要靠进口,现在也有很多公司能够提供。相信随着时间的发展,我们追赶上美国,甚至实现反超,也不是不可能的事。
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