姓名：朱佳男

學(xué)號(hào)：17021210978

專業(yè)：信號(hào)與信息處理

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【嵌牛導(dǎo)讀】如今，海洋主權(quán)的維護(hù)是國家的重要任務(wù)之一。今年4月26日我國第一艘國產(chǎn)航空母艦正式下水。既然是國產(chǎn)，該航母的很多設(shè)備都是實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，包括相控陣?yán)走_(dá)、指揮系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈等，其中使用了很多國產(chǎn)電子元件。

【嵌牛鼻子】國產(chǎn)航空母艦、相控陣?yán)走_(dá)、國產(chǎn)電子元件

【嵌牛提問 】我國第一艘國產(chǎn)航空母艦采用了哪些國產(chǎn)電子元件？

【嵌牛正文】

? ? ? ? 我國第一艘國產(chǎn)航空母艦下水儀式4月26日上午在中國船舶重工集團(tuán)公司大連造船廠舉行。這艘航空母艦由我國自行研制，2013年11月開工。目前，航空母艦主船體完成建造，動(dòng)力、電力等主要系統(tǒng)設(shè)備安裝到位。出塢下水是航空母艦建設(shè)的重大節(jié)點(diǎn)之一，標(biāo)志著我國自主設(shè)計(jì)建造航空母艦取得重大階段性成果。

這是一件舉國歡騰、振奮人心的大事。具體來說，其意義有三：首先增強(qiáng)海軍實(shí)力，彰顯大國崛起；其次護(hù)航“一帶一路”，拓展海外補(bǔ)給；打擊臺(tái)獨(dú)氣焰，震懾美日同盟。

據(jù)觀察者網(wǎng)，4月26日上午，我國第二艘航空母艦，同時(shí)也是中國首艘國產(chǎn)航母001A在大連造船廠下水。相比于遼寧號(hào)是在蘇聯(lián)瓦良格號(hào)的基礎(chǔ)是改建的，本次下水的中國首艘航母則是中國自主設(shè)計(jì)建造的，而且不僅制造了航母的船體，航母的“神經(jīng)系統(tǒng)”、“千里眼”、“順風(fēng)耳”等關(guān)鍵子系統(tǒng)的核心元器件很有可能也完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。，

相對(duì)于昔日的老大哥連兩棲攻擊艦都要從法國購買，中國在航母發(fā)展上已經(jīng)領(lǐng)先于俄羅斯了。

首艘國產(chǎn)航母

雷達(dá)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備是怎么被搬上航母的

航母在問世之初，僅僅是一個(gè)海上飛機(jī)起降平臺(tái)，在二戰(zhàn)前，如今的海上霸占航空母艦也僅僅是戰(zhàn)列艦的配角，艦載機(jī)更多是執(zhí)行偵查、巡邏、艦炮校射任務(wù)。

首艘國產(chǎn)航母下水

二戰(zhàn)中，航母逐漸取代了戰(zhàn)列艦，成為海戰(zhàn)的主角。而在雷達(dá)問世之后，美國和英國先后將雷達(dá)搬上了航母和戰(zhàn)列艦，搜索雷達(dá)可以探測(cè)上百公里外來襲的飛機(jī)，而火控雷達(dá)相對(duì)于光學(xué)測(cè)距設(shè)備具有全天候任務(wù)能力的優(yōu)勢(shì)，而且不像光學(xué)測(cè)距具有誤差，使艦炮射擊更加精準(zhǔn)。相比之下，日本對(duì)雷達(dá)重要性的認(rèn)識(shí)就遜色許多，在太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)中后期才給航母安裝雷達(dá)。不過，由于日本在技術(shù)上和英美存在一定差距，日本雷達(dá)的性能也遜色一些。這使得日本海軍在很多時(shí)候因?yàn)槔走_(dá)的因素在局部戰(zhàn)斗中比較被動(dòng)。

在二戰(zhàn)后，隨著戰(zhàn)機(jī)進(jìn)入噴氣式時(shí)代，以及電子管、晶體管計(jì)算機(jī)的發(fā)明，為了能夠發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤速度越來越快的戰(zhàn)機(jī)，雷達(dá)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合了起來，而這使雷達(dá)和計(jì)算機(jī)被一同搬上了航母。

隨著艦載機(jī)性能的提升和各種高速反艦導(dǎo)彈的出現(xiàn)，對(duì)航母艦載雷達(dá)的分辨能力、抗干擾能力和快速反映能力提出了更高的要求。加上雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和航母使用中的實(shí)際需要，大型相控陣?yán)走_(dá)、空中管制雷達(dá)、著陸輔助雷達(dá)、密集陣等近防武器的火控雷達(dá)等都被搬上了航母。

隨著航空工業(yè)的進(jìn)步和信息化時(shí)代的到來，艦載機(jī)的種類和性能也與日俱增，為了將航母上所搭載的艦載機(jī)如臂使指，就必須有完善的艦載指揮引導(dǎo)控制系統(tǒng)。這套指揮控制系統(tǒng)將雷達(dá)和各種傳感器傳回的信息進(jìn)行處理，掌握航母上以及周邊艦載機(jī)的實(shí)際狀態(tài)和飛行參數(shù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行指揮。

最初，指揮控制系統(tǒng)中間一些環(huán)節(jié)需要人工作業(yè)，這不僅降低了效率，還增加了出錯(cuò)率。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步和戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)鏈的完善，從雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到數(shù)據(jù)傳輸和處理都可以實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化，這種自動(dòng)化指揮控制系統(tǒng)大幅提升了航母的作戰(zhàn)效能。

航母有源相控陣?yán)走_(dá)可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

航母上最主要的電子設(shè)備莫過于指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)。在雷達(dá)系統(tǒng)中，除了對(duì)空/平面追蹤雷達(dá)、空中管制雷達(dá)，著陸輔助雷達(dá)、近防武器火控雷達(dá)之外，最引人矚目的莫過于大型相控陣?yán)走_(dá)。

裝備相控陣?yán)走_(dá)的052D

有源相控陣?yán)走_(dá)上擁有大量T/R組件。而得益于近年來迅速進(jìn)步的MOCVD工藝（還記得去年中資曾經(jīng)試圖收購德國企業(yè)愛思強(qiáng)公司，最后被美國前總統(tǒng)奧巴馬以國家安全風(fēng)險(xiǎn)為由否決的收購案么，愛思強(qiáng)公司的主營業(yè)務(wù)就是MOCVD設(shè)備），T/R組件本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)材料和工藝的國產(chǎn)化，如中國電科某所在2015年推出的氮化鎵T/R組件系列產(chǎn)品。

幾個(gè)T/R組件組成一個(gè)小單位被稱為子陣，每一個(gè)子陣會(huì)搭配一個(gè)FPGA做數(shù)據(jù)預(yù)處理，一般情況下這種FPGA不需要特別高的性能，商業(yè)市場(chǎng)上中低端的2000萬門級(jí)或者3200萬門級(jí)的FPGA就行了。不過，有些情況下會(huì)要求更高性能的FPGA。

在后端的數(shù)據(jù)匯總處理過程中就需要DSP。必須說明的是，有些對(duì)性能要求不是太高的雷達(dá)，可以不采用FPGA對(duì)數(shù)據(jù)初步處理，直接匯總到后端的DSP陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。CPU則發(fā)揮著類似指揮官的作用，承擔(dān)任務(wù)管理職能。

就各種軍用芯片而言，軍民融合的現(xiàn)象比較普遍，很多軍用芯片都是已成熟的民用產(chǎn)品做修改開發(fā)而成的。在這方面，美國有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，比如曾經(jīng)被應(yīng)用于軍用電子設(shè)備的486DX，再比如美國國防后勤局就曾采購過賽靈思的FPGA用于監(jiān)視、偵察和火控系統(tǒng)中紅外傳感器的數(shù)據(jù)處理。

其實(shí)，這種例子在中國也不是沒有。根據(jù)媒體報(bào)道，全軍武器裝備采購信息網(wǎng)發(fā)布競(jìng)標(biāo)消息，面對(duì)軍隊(duì)采購方提出的產(chǎn)品指標(biāo)，有同行給出了2億元的報(bào)價(jià)，龍芯表示只需2000萬元。龍芯方面解釋了其中的原因：“這項(xiàng)技術(shù)，我們民品已經(jīng)做成熟了，按軍用要求修改即可，自然比從頭做起要省錢得多。”

國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的CPU首推龍芯和申威，雖然不確定首艘國產(chǎn)航母是否會(huì)采用這兩種CPU，但就CPU性能和穩(wěn)定性、可靠性，以及以往在類似裝備上的使用經(jīng)驗(yàn)而言，就承擔(dān)有源相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)管理職能的CPU而言，龍芯和申威是完全能頂上去的。

就DSP而言，國內(nèi)有魂芯和華睿。中電38所研制的“魂芯一號(hào)”被授予“國防科技工業(yè)軍民融合發(fā)展”技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，并在很多方面有所應(yīng)用。華睿2號(hào)是基于龍芯3B修改的，龍芯3B是一款向量CPU，雖然通用性能有限，但這款向量CPU在很多特殊領(lǐng)域頗具潛力。中電14所對(duì)龍芯3B進(jìn)行修改成為華睿2號(hào)。華睿2號(hào)將雷達(dá)信號(hào)處理算法提煉成FFT、FIR、相關(guān)、矩陣求逆等17種基本計(jì)算構(gòu)件，通過計(jì)算構(gòu)件的邏輯組合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，較好地解決了雷達(dá)系統(tǒng)大帶寬、高吞吐的應(yīng)用需求。該技術(shù)成功應(yīng)用于面向先進(jìn)雷達(dá)的高性能數(shù)字信號(hào)處理器研發(fā)及應(yīng)用中。

就FPGA而言，國內(nèi)有國微電子、智多晶微電子、同創(chuàng)國芯、高云半導(dǎo)體、京微雅格、771所和772所等公司或單位。這些單位或公司中有體制內(nèi)單位、也有由美國歸來的技術(shù)人員創(chuàng)辦的公司，比如智多晶微電子的團(tuán)隊(duì)來自美國FPGA廠商萊迪思（就是去年有中資背景基金試圖收購，被20余位美國國會(huì)議員的聯(lián)合阻撓的那家）。據(jù)小道消息，國內(nèi)有一些反向設(shè)計(jì)的產(chǎn)品供國防軍工需要。

KJ500指揮預(yù)警系統(tǒng)的核心元件已100%實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

正是中國電子工業(yè)的進(jìn)步，使得中國完全有能力實(shí)現(xiàn)航母搭載的大型相控陣?yán)走_(dá)的國產(chǎn)化。其實(shí)，在最近問世的某款預(yù)警機(jī)上，指揮預(yù)警系統(tǒng)的核心元件已經(jīng)100%實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)也能國產(chǎn)化

除了有源相控陣?yán)走_(dá)的核心元器件能夠?qū)崿F(xiàn)完全國產(chǎn)化，數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)在上世紀(jì)90年代末或本世紀(jì)初就解決了國產(chǎn)化的問題。隨著國內(nèi)技術(shù)進(jìn)步，這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟硬件也隨著技術(shù)進(jìn)步而更新。

指揮系統(tǒng)主要由CPU、DSP和操作系統(tǒng)輔以一些其他元器件構(gòu)成。而且使用了自主CPU之后，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)際表現(xiàn)一點(diǎn)不遜色于國外CPU，比如龍芯首席科學(xué)家曾經(jīng)介紹：某指揮系統(tǒng)應(yīng)用，X86 i7平臺(tái)每秒20幀，龍芯平臺(tái)優(yōu)化前每秒3幀，優(yōu)化后每秒30幀。雖然不清楚國產(chǎn)首艘航母的指揮系統(tǒng)會(huì)采用什么CPU，但自主CPU完全能勝任這項(xiàng)工作，而且經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化后可以表現(xiàn)的比X86 i7更好。

數(shù)據(jù)鏈

至于戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)，其實(shí)就是更高端的民用通信系統(tǒng)，或者說現(xiàn)在大家使用的無線通信系統(tǒng)其實(shí)就是戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)鏈玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）、DAC（數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器）、射頻、天線等組成。CPU、DSP、天線不用多介紹了。射頻芯片具有射頻收發(fā)和功率放大等功能，ADC是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，而ADC則反過來，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)中要涉及模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因此在接收端和發(fā)射端就需要有ADC/DAC。此外，超高速ADC/DAC是雷達(dá)的重要器件，在電子戰(zhàn)中，頻率捷變也必須仰仗超高速ADC/DAC。

在數(shù)據(jù)鏈和通信系統(tǒng)上，其實(shí)軟件的難度比硬件更大，對(duì)于硬件而言，基本不超過工控產(chǎn)品的要求，但在軟件上就要下一些功夫了。

總而言之，首艘國產(chǎn)航母上的指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)，中國是完全有能力實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的。

首艘國產(chǎn)航母比遼寧號(hào)有哪些改進(jìn)？

雖說001A型航母無論從噸位、起降方式、整體外形等諸多方面與遼寧艦相仿，但其艦島、艦體結(jié)構(gòu)和很多細(xì)節(jié)方面差別很大，具有濃烈的“中國特色”。據(jù)權(quán)威消息，該航母動(dòng)力系統(tǒng)采用哈爾濱產(chǎn)的鍋爐，航母的鋼板由上海寶山生產(chǎn)，除了基本設(shè)計(jì)源自蘇聯(lián)，001A型航母已經(jīng)是一艘百分百的中國艦了。

不同點(diǎn)一：艦島變小、結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖片說明：兩型航母艦島結(jié)構(gòu)明顯發(fā)生了變化

在建期間，隨著001A型航母外形的逐漸清晰，通過照片很容易發(fā)現(xiàn)該艦艦島的優(yōu)化：一是艦島明顯變小了，得益于中國先進(jìn)的電子技術(shù)，001A型的艦島完全可以實(shí)現(xiàn)比遼寧艦更強(qiáng)的信息指揮能力。不過，相對(duì)美航母的“迷你艦島”，使用常規(guī)動(dòng)力的001A型號(hào)航母艦島由于要增加煙囪的位置，艦島體積還是要大很多。

二是001A型航母的艦島上新增加了四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，以便于安裝四面主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)，可以涵蓋360度搜索扇區(qū)，這個(gè)設(shè)計(jì)顯然比遼寧艦的設(shè)計(jì)先進(jìn)且高明得多。通過外形對(duì)比，001A型航母裝備的雷達(dá)很有可能是和052D驅(qū)逐艦相同的346A型雷達(dá)，性能遠(yuǎn)超遼寧艦上裝備的346雷達(dá)。

不同點(diǎn)二：航母甲板變大

圖片說明：001A航母與遼寧艦衛(wèi)星照對(duì)比，001A艦島前段和艦艇后部分都增加了甲板面積

通過衛(wèi)星圖片對(duì)比，001A型產(chǎn)航母的甲板將比遼寧艦更加合理、寬大。比如說前文提及的艦島體積的縮小，在艦島前方最少增加了一個(gè)艦載機(jī)的停泊位。而且該新增甲板靠近航母的第一臺(tái)升降機(jī)，方便機(jī)庫中艦載機(jī)的調(diào)出，有效增加了航母的作戰(zhàn)效率。

此外，遼寧艦繼承自蘇聯(lián)艦艇的后方武器位在001A型航母上被優(yōu)化，艦艇后部的甲板變寬，為艦載機(jī)提供更好的著陸條件。

不同點(diǎn)三：機(jī)庫被優(yōu)化變大

由于蘇聯(lián)時(shí)期航母的核心思想是巡洋艦式航母，艦載機(jī)主要承擔(dān)艦隊(duì)防空任務(wù)，航母本身承擔(dān)對(duì)敵攻擊任務(wù)。遼寧艦的原型艦首裝備有反艦導(dǎo)彈，反潛裝備等重型裝備，改造時(shí)原有的傾斜發(fā)射井結(jié)構(gòu)卻無法拆除，只能做封閉處理。

而首艘國產(chǎn)航母的設(shè)計(jì)理念是要發(fā)揮航空兵的作用，001A型航母通過局部的重新設(shè)計(jì)，移除導(dǎo)彈發(fā)射井調(diào)整結(jié)構(gòu)，使其完全變成艦載機(jī)機(jī)庫。據(jù)保守估計(jì)，001A型航母的機(jī)庫面積相比“遼寧”艦增加10%左右。

001A型航母各方面的性能以及設(shè)計(jì)不要求與美國超級(jí)航母相比，但是這艘中國自主設(shè)計(jì)和研發(fā)的第一艘航母帶意味著太多，不僅證明中國已經(jīng)完全掌握了前蘇聯(lián)航母的所有技術(shù)，更是中國航母歷程上重要的一步。

作者：半導(dǎo)體觀察

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