微電子技術(shù)在航空系統(tǒng)中的發(fā)展

姜振灝

（渤海大學(xué)數(shù)理學(xué)院，遼寧 錦州121000）

1 航空電子系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

微電子技術(shù)的發(fā)展加強(qiáng)了航空電子系統(tǒng)的功能和性能，使航空電子系統(tǒng)重新煥發(fā)生機(jī)。傳統(tǒng)的航空電子系統(tǒng)是按照雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、電子戰(zhàn)的物理任務(wù)劃分結(jié)構(gòu)體系的。微電子技術(shù)在航空系統(tǒng)中應(yīng)用之后，變成按綜合探測器、綜合顯控系統(tǒng)、綜合處理機(jī)的邏輯功能來劃分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系的。完成了航空電子系統(tǒng)從量到質(zhì)的飛躍。

當(dāng)前，在航空電子系統(tǒng)中，軍用飛機(jī)的發(fā)展一般經(jīng)歷了4個階段：

1.1 離散式的結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)初一直到20世紀(jì)50年代，現(xiàn)代的軍用飛機(jī)處于離散式結(jié)構(gòu)階段，作戰(zhàn)飛機(jī)的測量設(shè)備主要是火控雷達(dá)和光學(xué)瞄準(zhǔn)。它的子系統(tǒng)有自己獨(dú)有的顯示器、傳感器、控制器和計算機(jī)，中心計算機(jī)并不對整個系統(tǒng)進(jìn)行操控。這種結(jié)構(gòu)適用于專用性強(qiáng)，但是大量信息難以交換，靈活性差，如果要調(diào)整必須通過處理硬件系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。

1.2 集中式的結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)的發(fā)展越來越快，而航空電子系統(tǒng)中更面臨很多亟需解決的問題。美國空軍Wright實(shí)驗(yàn)室開始向公眾介紹數(shù)字式航空電子信息系統(tǒng)，使用LSL和MSI可以使控制部分和航空電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合化。在當(dāng)時，因?yàn)樽酉到y(tǒng)都是模擬式的，綜合化的性能效果大打折扣。

1.3 聯(lián)合式的結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)70年代到80年代，聯(lián)合式的結(jié)構(gòu)在軟件技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信得到發(fā)展的背景下出現(xiàn)了，通過1553B的數(shù)據(jù)總線配合火控計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)上各個獨(dú)立功能的子系統(tǒng)進(jìn)行管理。通過這一技術(shù)，擬補(bǔ)了以前的結(jié)構(gòu)功能上的不足，能夠使整個飛機(jī)上的功能有機(jī)的結(jié)合在一起。

1.4 綜合共享式的結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)80年代以后，微電子技術(shù)得到更快的發(fā)展，ASIC技術(shù)促使電子系統(tǒng)的體積、性能和可靠性增強(qiáng)。Wright實(shí)驗(yàn)室希望通過Pave pace計劃，把綜合化范圍發(fā)展到天線孔徑和射頻通道一級。

2 微電子技術(shù)中包含航空電子系統(tǒng)的發(fā)展

根據(jù)我國航空電子裝備發(fā)展的歷史可以看出微電子技術(shù)在其中所起到的巨大的推動作用。例如，我國軍用飛機(jī)通過對微電子技術(shù)的應(yīng)用使得各方面的能力大幅度地得到了提高，例如空對空的作戰(zhàn)能力；精確制導(dǎo)武器具備了的對地攻擊的能力等，這同微電子技術(shù)的應(yīng)用是有著密切的關(guān)聯(lián)的，同航空相關(guān)的微電子技術(shù)在發(fā)展中主要有以下的幾個方面：

2.1 超高速的集成電路

超高速集成電路是組成航空電子設(shè)備的部件。在第三和第四這兩代戰(zhàn)斗機(jī)上我們主要采取的是硅超高速集成電路。超高速集成電路讓電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了小型化，大幅度降低了集成電路的總數(shù)和體積。設(shè)備故障也同時減少了。加快了數(shù)據(jù)處理速度，加大了儲存能力。然而硅超高速集成電路并不能完全滿足我們的要求，比硅超高速集成電路效率更高的是砷化鎵集成電路。可以預(yù)見的是砷化鎵集成電路在航空電子的應(yīng)用前景將更加廣泛。

2.2 專用的集成電路

根據(jù)需要，制造了專用集成電路的微電子芯片，應(yīng)用在航空電子系統(tǒng)中，使性能得到提高。設(shè)備保密性增強(qiáng)。美國第四代機(jī)已經(jīng)應(yīng)用專用集成電路，主要裝配在通信等保密的微電子元件。專用集成電路的制造成本比較高，所以這也阻礙其發(fā)展。

2.3 微電子新技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)90年代提出了SOC的概念。它把各層次電路、處理機(jī)制、模擬算法、軟件、芯片結(jié)構(gòu)和器件設(shè)計都聯(lián)系在了一起，通過一塊芯片來完成以前幾個芯片組合才能完成的功能。SOC技術(shù)使微電子技術(shù)由原來的電路集成走向系統(tǒng)集成。SOC技術(shù)考慮了整體因素，減少了復(fù)雜性，所以造價成本降低。

微電子技術(shù)得到充分發(fā)展之后，出現(xiàn)了微電子機(jī)械系統(tǒng)，微電子機(jī)械系統(tǒng)把微電子技術(shù)和精密機(jī)械結(jié)合在一起，可以感受到來源自自然界的光、熱、聲、等信號，并且經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)識別的電信號，電子系統(tǒng)接受信號之后，完成該信號的指令。MEMS把感受到的外部信號進(jìn)行處理，做出相應(yīng)的判斷和操作。MEMS技術(shù)的應(yīng)用，開拓了更為廣闊的領(lǐng)域，許多產(chǎn)業(yè)通過它，降低了成本，并且完成了以前的大尺寸機(jī)電系統(tǒng)不能完成的工作，例如在磁場中像蜻蜓大小的飛機(jī)等。

3 航空電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 新微電子對于航空電子的促進(jìn)作用

現(xiàn)代武器系統(tǒng)得益于微電子在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，無論在作戰(zhàn)能力還是威力上都得到了前所未有的增強(qiáng)。微電子技術(shù)不斷發(fā)展，其體積越來越小、可靠性越來越強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)的功能提升和小型化。在現(xiàn)代的戰(zhàn)斗機(jī)中，我們主要應(yīng)用在雷達(dá)、通信、武器等設(shè)備中。因?yàn)閼?yīng)用了微電子技術(shù)，無論功能和性能穩(wěn)定性的得到提高，這點(diǎn)在雷達(dá)的技術(shù)應(yīng)用中格外顯著。

3.2 微電子技術(shù)在航空微處理器中的發(fā)展

在顯控處理機(jī)和任務(wù)處理機(jī)中，航空微處理芯片是不可或缺的，隨著航空微處理芯片處理能力的提高，任務(wù)計算機(jī)對數(shù)據(jù)的處理分析能力也不斷的提高。主要表現(xiàn)在兩方面。其一是使任務(wù)計算機(jī)可以完成所有武器機(jī)器攻擊的火控解算(依據(jù)雷達(dá)、計算機(jī)所接收到的信息，通過火控計算，講分析結(jié)果傳遞至顯示器上，供飛行員瞄準(zhǔn)、發(fā)射），其二是增強(qiáng)任務(wù)計算機(jī)為系統(tǒng)其他非數(shù)據(jù)準(zhǔn)線接口設(shè)備提供總線接口的能力。隨著日后科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對航空微處理器能力的改造加強(qiáng)，核心處理系統(tǒng)技術(shù)的建設(shè)，任務(wù)計算機(jī)模塊會逐步取代顯控處理機(jī)模塊的位置。從而航空電子系統(tǒng)整體的智能化水平將會隨之提升，其數(shù)據(jù)融合、人工智能算法起其他的一些網(wǎng)絡(luò)控制算法都會隨之加強(qiáng)。

3.3 微電子技術(shù)的應(yīng)用推動航空電子綜合化、模塊化

SOC概念的應(yīng)用使得微電子技術(shù)由原先的電子集成變?yōu)榱讼到y(tǒng)集成。從整體與聯(lián)系方面來看，對系統(tǒng)的組成、功能、結(jié)構(gòu)方面考慮研究，推動航空電子綜合化的進(jìn)程，包括航空電子綜合系統(tǒng)中的子系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)等方面。從系統(tǒng)的方面來說，應(yīng)始終致力于對整體同環(huán)境之間、整體同部分之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，綜合地對所應(yīng)進(jìn)行研究的對象進(jìn)行考察，在部分同整體的相互結(jié)合、相互依賴以及相互制約的關(guān)系之中對系統(tǒng)運(yùn)動的規(guī)律與特性進(jìn)行揭示，并對其的功能、組成、聯(lián)系的方式以及結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行有話，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)航空電子系統(tǒng)綜合的最優(yōu)化的目標(biāo)。

4 總結(jié)

微電子技術(shù)的發(fā)展必然能夠帶動航空電子設(shè)備的不斷創(chuàng)新，對性能與功能都將會有著很大的進(jìn)步。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，戰(zhàn)爭方式也出現(xiàn)了較大的改變，微電子技術(shù)在當(dāng)前的戰(zhàn)爭技術(shù)領(lǐng)域中將會發(fā)揮出起不可替代的時代性作用，航空電子設(shè)備經(jīng)歷了分立式和組合式，不斷的深化和提高。可以想象，在未來隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，必然促進(jìn)航空電子系統(tǒng)更加完備，不斷地朝著模塊化、綜合化以及智能化的目標(biāo)不斷地發(fā)展。

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