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J20火控雷达的性能(下)| J20 VS F22 专题
送交者: 牛员外[♂☆★★★★湖边健走★★★★☆♂] 于 2019-04-20 7:23 已读 416 次 1 赞  

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回答: J20火控雷达的性能(上) | J20 VS F22 专题 由 牛员外 于 2019-04-20 7:22

2008年公开的X波段119瓦GaN功率器件的报道 6park.com



关于J20的火控雷达,我们上一次讨论了收发组件、散热、及供电技术问题。关于供电问题,有人认为实现不了。其实电源技术实在不是多难解决的问题。以F35为例,采用了高压直流发电机,可以提供270V高压直流供电,功率250KW。发电机重不足60公斤。以WS15发动机为例,其循环功率为27MW。提取250KW功率也只占总功率的1%都不到,即使考虑发电效率问题,影响也很小。对J20来说,两台发动机可以配两台发电机,可以提供500KW的总功率,给雷达提供200KW的供电都不是问题。以J20雷达天线的口径,安装2200个收发组件毫无压力。即使不按国内最高记录单个功率器件119瓦计算,打个对折,按60瓦计算,2200个收发组件,雷达总功率也有132KW。供电绰绰有余,甚至可以给激光武器上机留点余地。四五年前,国内就有报道,为某飞机研制的高压直流主/辅电源系统,突破了系统电压瞬变、高速电机结构、冷却、油路设计及发电机控制器宽转速范围的调压设计等关键技术,基本达到了与世界先进战机同等的技术水平。由此可见,电源根本就不是个什么问题。 6park.com




对于数字阵列雷达,还有一项关键技术就是数字波束成型技术,简称DBF技术。这一项技术国内其实很早就掌握了。1999年国内启动机动式三坐标雷达研制,项目总设计师吴曼青院士决定采用数字波束成型技术,当时世界上公认最先进的三坐标雷达采用的是多波束相扫体制,还没有使用DBF技术的三坐标雷达。经过艰苦努力,采用DBF技术体制的机动式三坐标雷达在2003年研制成功。被誉为中国地面情报雷达赶超世界先进水平的里程碑式产品。2005年采用这一新技术的雷达即开始向国际市场出口。2006、2007年连续两年在国际市场签约达一亿美元,打破了美国、法国长期占领国际雷达市场优势地位的局面,而西方国家在2007年后才推出DBF体制的三坐标防空雷达。20世纪90年代中期,我国雷达技术领军人物之一吴曼青院士在成功试验的基础上,率先提出“数字阵列雷达”概念,并带领团队成功研制了国内第一个数字T/R组件及国内首个数字阵列雷达试验系统。加上国内在2005年之前就已经掌握了大功率的氮化镓收发组件技术,这些技术整合在一起就是数字阵列雷达。由此可见,我国早已掌握数字阵列雷达技术,并且已经发展得非常成熟。



前面我们讨论了雷达信号的发射与接收。然后,收到的雷达信号还要经过处理才能得到目标的信息。雷达信号处理常用的数学运算为快速傅立叶变换,早期的傅立叶变换是用计算机配合软件来实现的,效率不高,随后发展出专门针对这些运算优化的专用芯片,称为数字信号处理器,简称DSP。当然DSP也不是只用在雷达上,除了雷达、电子战,在通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等技术领域也有广泛用途
6park.com

华睿2号 DSP芯片 6park.com


国内研发的雷达用DSP芯片主要是华睿和魂芯两个系列。华睿系列DSP芯片由中电14所联合清华大学、龙芯中科等单位研发。华睿1号采用65nm
CMOS工艺,工作主频为550MHz,处理能力32GFMACS,功耗为10W。就技术指标而言,华睿1号DSP
性能明显优于同一时期飞思卡尔公司的MPC8640D、ADI
公司的TS201和美国德州仪器公司的C6701。适用于对实时性要求较高的雷达信号处理和电子对抗等领域。华睿2号为八核异构架构,采用了超标量结构、SIMD向量处理、可重构加速处理等技术,峰值处理能力达到400Gflops,作为参照,目前国外DSP芯片性能最好的是美国德州仪器的TMS320C6678,其峰值性能是160Glops,华睿2号的峰值性能是其2倍有余。 6park.com

魂芯2A DSP芯片 6park.com


魂芯系列DSP芯片由中国电科38所研发。2012年,中国电科38所推出我国自主研发首款实用型高性能浮点通用DSP芯片——魂芯一号,
单核性能超过国际市场上同类芯片性能4倍。并成功应用在我国空警500预警机雷达等多个国防科技装备上,成为我国首款广泛应用于国防科技装备的高端自主数字信号处理器。2018年,中国电科38所又推出了魂芯二号A,采用全自主体系架构,研发历时6年,突破了控制器设计等多个技术难题,拥有当前业界性能最强的DSP核,实现了对国内外同类产品性能指标的超越。相对于魂芯一号,魂芯二号A性能提升了6倍,通过单核变多核、扩展运算部件、升级指令系统等手段,使器件性能千亿次浮点运算同时,具有相对良好的应用环境和调试手段;单核实现1024浮点FFT

(快速傅里叶变换)运算仅需1.6微秒,运算效能比德州仪器公司TMS320C6678高3倍,实际性能为其1.7倍,器件数据吞吐率达每秒240Gb。



从以上情况来看,国内在雷达用DSP芯片方面,多年前就已经是世界一流水平了。数字阵列雷达之后,再往前发展一代,就是软件定义雷达。魂芯二号A和华睿2号这一级别的DSP芯片已经可以支撑软件定义雷达的发展了。例如:以魂芯二号A为DSP,配合高速ADC、DAC直接互连,具备相关时序接口,可以实现P波段射频直采软件无线电处理形态,也就是说已经可以实现软件定义雷达的功能了。当然,对于更短的波段需要DSP提供更强大的计算能力。由此可见,这些世界领先水平的DSP芯片已经为我国雷达技术的进一步发展打下了坚实的基础。



至于雷达系统当中用到的另一类重要芯片就是CPU,这方面也有国产产品可用,比如龙芯、飞腾、申威等CPU,而且性能也足够。空警500用的就是龙芯。即使软件定义雷达对芯片技术提出更高的要求,国内也能够解决。国内企业中芯国际今年即将量产14纳米工艺,虽说这距离国际最先进技术水平还有不小差距,但对于军用已经足够,因为军用和民用不一样,技术发展方向并不完全相同。即便是INTEL公司,因为10纳米工艺跳票,目前生产CPU用的还是14纳米工艺,而且还要再用个两三年。要知道魂芯二号A

用的是28纳米工艺,华睿2号芯片用的是40纳米工艺,龙芯3A3000用的也是28纳米工艺,如果改成14纳米工艺,性能再提高个四五倍完全不是问题。



综上所述,国内雷达技术早已经是国际领先水平。J20战斗机的火控雷达采用数字阵列雷达技术没有任何技术障碍。相对于F22和F35战斗机的火控雷达,J20战斗机的火控雷达在工作体制上领先一代,半导体功率器件领先一代。探测距离上超过F22火控雷达50%以上,技术上已经处于遥遥领先的地位。

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