電子設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展探討

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

【關(guān)鍵詞】陣列化 數(shù)字化 軟件化 可重構(gòu)

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

總的來講，雷達、通信等領(lǐng)域的電子設(shè)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(shù)字化，處理軟件化”為主轉(zhuǎn)變，電子技術(shù)的后續(xù)發(fā)展將以可重構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，朝著綜合化、智能化方向不斷邁進。

1 電子設(shè)備的現(xiàn)狀

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

隨著低成本，高可靠的射頻收發(fā)組件（T/R組件）的成功研制和規(guī)模化生產(chǎn)，有源相控陣技術(shù)迅速成為了大型雷達設(shè)備的首選。傳統(tǒng)雷達的拋物面天線和平板裂縫天線被少則數(shù)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(fā)射機被數(shù)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(nèi)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(wù)要求。同時，數(shù)百乃至上千元的陣列化收發(fā)孔徑在少數(shù)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(wù)可靠度，這對于電子設(shè)備而言是非常重要的。

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將電子設(shè)備從傳統(tǒng)的模擬電路帶入了數(shù)字電路時代。受限于數(shù)字器件的速度與帶寬，在過去很長一段時間里，電子設(shè)備的數(shù)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(shù)變換（A/D）和數(shù)模變換（D/A）電路的成熟與應(yīng)用，寬帶中頻的數(shù)字化正逐步成為現(xiàn)實，尤其是在各類成像雷達中，寬帶數(shù)字中頻已成為主流，進而推動通道數(shù)字化向前邁進了一大步。而通道的數(shù)字化是電子設(shè)備處理軟件化的基礎(chǔ)。

在現(xiàn)有的通道數(shù)字化水平上，主流雷達和抗干擾通信設(shè)備都已經(jīng)開始采用更加靈活的數(shù)字波束技術(shù)（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(shù)字采樣，利用計算機軟件，采用適當?shù)牟ㄊ铣伤惴ǎ@得滿足不同任務(wù)需要的接收波束。以有源相控陣雷達為例，通過通道數(shù)字化和DBF技術(shù)，可以以發(fā)射波束為中心，同時計算產(chǎn)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(huán)境日益復雜，電子設(shè)備必須充分考慮來自周圍環(huán)境的電磁干擾問題，因此，利用DBF技術(shù)，采用空間自適應(yīng)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(shè)備正常工作的影響。目前，這些處理基本上都由軟件來實現(xiàn)。

隨著電子設(shè)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(shù)的發(fā)展

電子技術(shù)的發(fā)展通常領(lǐng)先于電子設(shè)備的發(fā)展，同時也是為解決當前設(shè)備面臨的問題進行先期研究與技術(shù)儲備。

從目前看，各類電子設(shè)備將繼續(xù)沿著“孔徑陣列化，通道數(shù)字化，處理軟件化”的方向發(fā)展。在此過程中，又會表現(xiàn)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(yīng)用需求。“智能蒙皮”可能是一種可以預(yù)見的設(shè)備形態(tài)。口徑陣列化的這種發(fā)展趨勢必然要求一種能夠支持資源可裁剪、可擴展的設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)，以便支持不同任務(wù)下的資源調(diào)度與組合構(gòu)型。為滿足這種需求，技術(shù)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(gòu)”設(shè)備體系結(jié)構(gòu)技術(shù)。

2.2 通道數(shù)字化

在通道數(shù)字化方面，將從目前的寬帶中頻向數(shù)字射頻轉(zhuǎn)變，以滿足超寬帶孔徑多專業(yè)、多功能綜合應(yīng)用的需要。“數(shù)字前移”預(yù)示在不遠的將來，通道數(shù)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(shù)字化的這種發(fā)展趨勢必然帶來寬帶射頻采樣與高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。目前，研究人員正在探索和嘗試利用微波光子學的相關(guān)理論和成果，用光子技術(shù)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(gòu)建一個類似于人體神經(jīng)系統(tǒng)的處理系統(tǒng)。有廣泛分布的、相對簡單和專用的神經(jīng)元、神經(jīng)節(jié)，也有構(gòu)造復雜，處理能力極強的大腦。處理軟件化的這種發(fā)展趨勢必然要求電子設(shè)備能夠提供類似于人體神經(jīng)系統(tǒng)一樣的分布式處理架構(gòu)。目前，基于光纖網(wǎng)絡(luò)的分布式處理架構(gòu)正在驗證中。“神經(jīng)元”、“神經(jīng)節(jié)”與“大腦”之間的高速數(shù)據(jù)交換以及基于任務(wù)的處理遷移與協(xié)同是當前攻關(guān)的技術(shù)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(shù)發(fā)展的一個主要方向。

3 結(jié)束語

信息化使得電子設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展成為世界各國，尤其是西方發(fā)達國家高度關(guān)注和競相投入的領(lǐng)域。也許未來的發(fā)展可能遠遠超出我們今天的認知，但我們堅信，以陣列化、數(shù)字化、軟件化為基礎(chǔ)的電子設(shè)備和技術(shù)必將向著綜合化、智能化方向快速發(fā)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(xiàn)為四川省成都市樹德光華中學高三學生，對電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有濃厚的興趣，學習之余廣泛涉獵相關(guān)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