電子設備與技術的發展探討

摘 要 本文綜合論述當前雷達、通信等電子設備的現狀以及未來電子技術的主要發展趨勢，指出了未來大型電子設備“孔徑陣列化、通道數字化、處理軟件化”的發展方向。

【關鍵詞】陣列化 數字化 軟件化 可重構

近10年來，伴隨著電子信息技術飛速發展和電子元器件水平的迅速提高，電子設備和技術也取得了長足的進步。許多電子設備已經初步具備了跨代特征，同時電子技術還將在不遠的將來給眾多大型電子設備帶來一些更為顯著的特點。

總的來講，雷達、通信等領域的電子設備正從過去“單天線，模擬通道，硬件處理”為主向“孔徑陣列化，通道數字化，處理軟件化”為主轉變，電子技術的后續發展將以可重構的體系結構為基礎，朝著綜合化、智能化方向不斷邁進。

1 電子設備的現狀

近10年來，雷達、通信等電子設備的發展尤為迅速，基本代表了電子設備的發展潮流。

隨著低成本，高可靠的射頻收發組件（T/R組件）的成功研制和規模化生產，有源相控陣技術迅速成為了大型雷達設備的首選。傳統雷達的拋物面天線和平板裂縫天線被少則數百元，多則上千元的陣列化天線所取代。幾千瓦甚至上兆瓦的大功率發射機被數百個甚至上千個T/R組件所取代。陣列化的天線孔徑加上T/R組件快速的相位或時延控制，使得雷達波束指向能夠在90°甚至更寬的范圍內快速捷變和任意駐留，極大滿足了雷達的多目標跟蹤與多任務要求。同時，數百乃至上千元的陣列化收發孔徑在少數單元和組件故障時的性能不會有明顯惡化，因此，能夠大幅提高雷達的任務可靠度，這對于電子設備而言是非常重要的。

數字技術的發展和應用將電子設備從傳統的模擬電路帶入了數字電路時代。受限于數字器件的速度與帶寬，在過去很長一段時間里，電子設備的數字化主要集中在視頻或者窄帶中頻部分。寬帶中頻和射頻通道基本上都是模擬的。近年來，隨著高速模數變換（A/D）和數模變換（D/A）電路的成熟與應用，寬帶中頻的數字化正逐步成為現實，尤其是在各類成像雷達中，寬帶數字中頻已成為主流，進而推動通道數字化向前邁進了一大步。而通道的數字化是電子設備處理軟件化的基礎。

在現有的通道數字化水平上，主流雷達和抗干擾通信設備都已經開始采用更加靈活的數字波束技術（DBF）。對多個接收通道甚至是整個孔徑上的每個接收通道進行數字采樣，利用計算機軟件，采用適當的波束合成算法，獲得滿足不同任務需要的接收波束。以有源相控陣雷達為例，通過通道數字化和DBF技術，可以以發射波束為中心，同時計算產生9個接收波束，從而提高目標檢測概率、測量精度和跟蹤性能。

隨著電磁環境日益復雜，電子設備必須充分考慮來自周圍環境的電磁干擾問題，因此，利用DBF技術，采用空間自適應濾波算法，可以在存在電磁干擾的方向上形成比主波束低50dB～60dB的凹口，以此大幅降低外部電磁干擾對設備正常工作的影響。目前，這些處理基本上都由軟件來實現。

隨著電子設備中計算機處理能力的提高以及軟件工程化的不斷成熟，過去由硬件電路才能完成的許多處理功能，例如檢波、選大、測量、增益控制等都正逐步被軟件處理所取代。

2 電子技術的發展

電子技術的發展通常領先于電子設備的發展，同時也是為解決當前設備面臨的問題進行先期研究與技術儲備。

從目前看，各類電子設備將繼續沿著“孔徑陣列化，通道數字化，處理軟件化”的方向發展。在此過程中，又會表現出一些新的特點。

2.1 孔徑陣列化

在孔徑陣列化方面，將從目前集中、密集平面陣向分布式的稀布陣、異型陣變化，以滿足充分利用平臺空間、解決電磁兼容等一系列應用需求。“智能蒙皮”可能是一種可以預見的設備形態。口徑陣列化的這種發展趨勢必然要求一種能夠支持資源可裁剪、可擴展的設備系統架構，以便支持不同任務下的資源調度與組合構型。為滿足這種需求，技術人員正在研究一種“硬件可擴展，軟件可重載，功能可定義，性能可升級”的“可重構”設備體系結構技術。

2.2 通道數字化

在通道數字化方面，將從目前的寬帶中頻向數字射頻轉變，以滿足超寬帶孔徑多專業、多功能綜合應用的需要。“數字前移”預示在不遠的將來，通道數字化將直接抵近到天線后面。不再有體積、重量、供電、散熱以及成本代價都較高的上下變頻單元。通道數字化的這種發展趨勢必然帶來寬帶射頻采樣與高速數據傳輸的問題。目前，研究人員正在探索和嘗試利用微波光子學的相關理論和成果，用光子技術來解決微波頻段的采樣、量化和高速傳輸問題。

2.3 處理軟件化

在處理軟件化方面，將從目前相對集中的軟件處理向分層、分級的分布式處理變化。基于人體仿生學的理念，構建一個類似于人體神經系統的處理系統。有廣泛分布的、相對簡單和專用的神經元、神經節，也有構造復雜，處理能力極強的大腦。處理軟件化的這種發展趨勢必然要求電子設備能夠提供類似于人體神經系統一樣的分布式處理架構。目前，基于光纖網絡的分布式處理架構正在驗證中。“神經元”、“神經節”與“大腦”之間的高速數據交換以及基于任務的處理遷移與協同是當前攻關的技術難點。同時，在“大腦”運行的、具有人工智能的軟件也將是電子技術發展的一個主要方向。

3 結束語

信息化使得電子設備和技術的發展成為世界各國，尤其是西方發達國家高度關注和競相投入的領域。也許未來的發展可能遠遠超出我們今天的認知，但我們堅信，以陣列化、數字化、軟件化為基礎的電子設備和技術必將向著綜合化、智能化方向快速發展。

參考文獻

[1]Merrill Skolnik.Radar handbook third edition[M].Merrill I.Skolink，（2008）.

[2]MH Carpentier，WD wirth，TH Robinson.Muitifunction Radar[M].Multifunction Radar for Airborne Applications，1986.

作者簡介

何思行（1998-），男，現為四川省成都市樹德光華中學高三學生，對電子技術的發展與應用具有濃厚的興趣，學習之余廣泛涉獵相關知識，希望能夠與志趣相投者共同探討。

作者單位

樹德光華中學 四川省成都市 610091