姓名：朱佳男
学号：17021210978
专业：信号与信息处理
转载自：http://www.jianshu.com/p/cf7cd696ac79
【嵌牛导读】如今，海洋主权的维护是国家的重要任务之一。今年4月26日我国第一艘国产航空母舰正式下水。既然是国产，该航母的很多设备都是实现了国产化，包括相控阵雷达、指挥系统与数据链等，其中使用了很多国产电子元件。
【嵌牛鼻子】国产航空母舰、相控阵雷达、国产电子元件
【嵌牛提问 】我国第一艘国产航空母舰采用了哪些国产电子元件？
【嵌牛正文】
我国第一艘国产航空母舰下水仪式4月26日上午在中国船舶重工集团公司大连造船厂举行。这艘航空母舰由我国自行研制，2013年11月开工。目前，航空母舰主船体完成建造，动力、电力等主要系统设备安装到位。出坞下水是航空母舰建设的重大节点之一，标志着我国自主设计建造航空母舰取得重大阶段性成果。
这是一件举国欢腾、振奋人心的大事。具体来说，其意义有三：首先增强海军实力，彰显大国崛起；其次护航“一带一路”，拓展海外补给；打击台独气焰，震慑美日同盟。
据观察者网，4月26日上午，我国第二艘航空母舰，同时也是中国首艘国产航母001A在大连造船厂下水。相比于辽宁号是在苏联瓦良格号的基础是改建的，本次下水的中国首艘航母则是中国自主设计建造的，而且不仅制造了航母的船体，航母的“神经系统”、“千里眼”、“顺风耳”等关键子系统的核心元器件很有可能也完全实现了国产化。，
相对于昔日的老大哥连两栖攻击舰都要从法国购买，中国在航母发展上已经领先于俄罗斯了。
首艘国产航母
雷达、计算机等设备是怎么被搬上航母的
航母在问世之初，仅仅是一个海上飞机起降平台，在二战前，如今的海上霸占航空母舰也仅仅是战列舰的配角，舰载机更多是执行侦查、巡逻、舰炮校射任务。
首艘国产航母下水
二战中，航母逐渐取代了战列舰，成为海战的主角。而在雷达问世之后，美国和英国先后将雷达搬上了航母和战列舰，搜索雷达可以探测上百公里外来袭的飞机，而火控雷达相对于光学测距设备具有全天候任务能力的优势，而且不像光学测距具有误差，使舰炮射击更加精准。相比之下，日本对雷达重要性的认识就逊色许多，在太平洋战争中后期才给航母安装雷达。不过，由于日本在技术上和英美存在一定差距，日本雷达的性能也逊色一些。这使得日本海军在很多时候因为雷达的因素在局部战斗中比较被动。
在二战后，随着战机进入喷气式时代，以及电子管、晶体管计算机的发明，为了能够发现、识别、跟踪速度越来越快的战机，雷达技术和计算机技术结合了起来，而这使雷达和计算机被一同搬上了航母。
随着舰载机性能的提升和各种高速反舰导弹的出现，对航母舰载雷达的分辨能力、抗干扰能力和快速反映能力提出了更高的要求。加上雷达技术的发展和航母使用中的实际需要，大型相控阵雷达、空中管制雷达、着陆辅助雷达、密集阵等近防武器的火控雷达等都被搬上了航母。
随着航空工业的进步和信息化时代的到来，舰载机的种类和性能也与日俱增，为了将航母上所搭载的舰载机如臂使指，就必须有完善的舰载指挥引导控制系统。这套指挥控制系统将雷达和各种传感器传回的信息进行处理，掌握航母上以及周边舰载机的实际状态和飞行参数，然后根据这些数据进行指挥。
最初，指挥控制系统中间一些环节需要人工作业，这不仅降低了效率，还增加了出错率。随着信息技术的进步和战场数据链的完善，从雷达发现目标到数据传输和处理都可以实现全过程自动化，这种自动化指挥控制系统大幅提升了航母的作战效能。
航母有源相控阵雷达可以实现国产化
航母上最主要的电子设备莫过于指挥系统、通信系统和雷达系统。在雷达系统中，除了对空/平面追踪雷达、空中管制雷达，着陆辅助雷达、近防武器火控雷达之外，最引人瞩目的莫过于大型相控阵雷达。
装备相控阵雷达的052D
有源相控阵雷达上拥有大量T/R组件。而得益于近年来迅速进步的MOCVD工艺（还记得去年中资曾经试图收购德国企业爱思强公司，最后被美国前总统奥巴马以国家安全风险为由否决的收购案么，爱思强公司的主营业务就是MOCVD设备），T/R组件本身已经实现材料和工艺的国产化，如中国电科某所在2015年推出的氮化镓T/R组件系列产品。
几个T/R组件组成一个小单位被称为子阵，每一个子阵会搭配一个FPGA做数据预处理，一般情况下这种FPGA不需要特别高的性能，商业市场上中低端的2000万门级或者3200万门级的FPGA就行了。不过，有些情况下会要求更高性能的FPGA。
在后端的数据汇总处理过程中就需要DSP。必须说明的是，有些对性能要求不是太高的雷达，可以不采用FPGA对数据初步处理，直接汇总到后端的DSP阵列进行数据处理。CPU则发挥着类似指挥官的作用，承担任务管理职能。
就各种军用芯片而言，军民融合的现象比较普遍，很多军用芯片都是已成熟的民用产品做修改开发而成的。在这方面，美国有着非常丰富的经验，比如曾经被应用于军用电子设备的486DX，再比如美国国防后勤局就曾采购过赛灵思的FPGA用于监视、侦察和火控系统中红外传感器的数据处理。
其实，这种例子在中国也不是没有。根据媒体报道，全军武器装备采购信息网发布竞标消息，面对军队采购方提出的产品指标，有同行给出了2亿元的报价，龙芯表示只需2000万元。龙芯方面解释了其中的原因：“这项技术，我们民品已经做成熟了，按军用要求修改即可，自然比从头做起要省钱得多。”
国内自主设计的CPU首推龙芯和申威，虽然不确定首艘国产航母是否会采用这两种CPU，但就CPU性能和稳定性、可靠性，以及以往在类似装备上的使用经验而言，就承担有源相控阵雷达任务管理职能的CPU而言，龙芯和申威是完全能顶上去的。
就DSP而言，国内有魂芯和华睿。中电38所研制的“魂芯一号”被授予“国防科技工业军民融合发展”技术创新奖，并在很多方面有所应用。华睿2号是基于龙芯3B修改的，龙芯3B是一款向量CPU，虽然通用性能有限，但这款向量CPU在很多特殊领域颇具潜力。中电14所对龙芯3B进行修改成为华睿2号。华睿2号将雷达信号处理算法提炼成FFT、FIR、相关、矩阵求逆等17种基本计算构件，通过计算构件的逻辑组合实现复杂算法，较好地解决了雷达系统大带宽、高吞吐的应用需求。该技术成功应用于面向先进雷达的高性能数字信号处理器研发及应用中。
就FPGA而言，国内有国微电子、智多晶微电子、同创国芯、高云半导体、京微雅格、771所和772所等公司或单位。这些单位或公司中有体制内单位、也有由美国归来的技术人员创办的公司，比如智多晶微电子的团队来自美国FPGA厂商莱迪思（就是去年有中资背景基金试图收购，被20余位美国国会议员的联合阻挠的那家）。据小道消息，国内有一些反向设计的产品供国防军工需要。
KJ500指挥预警系统的核心元件已100%实现国产化
正是中国电子工业的进步，使得中国完全有能力实现航母搭载的大型相控阵雷达的国产化。其实，在最近问世的某款预警机上，指挥预警系统的核心元件已经100%实现国产化。
数据链和通信系统、军事指挥系统也能国产化
除了有源相控阵雷达的核心元器件能够实现完全国产化，数据链和通信系统、军事指挥系统在上世纪90年代末或本世纪初就解决了国产化的问题。随着国内技术进步，这些系统的基础软硬件也随着技术进步而更新。
指挥系统主要由CPU、DSP和操作系统辅以一些其他元器件构成。而且使用了自主CPU之后，经过系统优化，实际表现一点不逊色于国外CPU，比如龙芯首席科学家曾经介绍：某指挥系统应用，X86 i7平台每秒20帧，龙芯平台优化前每秒3帧，优化后每秒30帧。虽然不清楚国产首艘航母的指挥系统会采用什么CPU，但自主CPU完全能胜任这项工作，而且经过系统优化后可以表现的比X86 i7更好。
数据链
至于战场数据链和通信系统，其实就是更高端的民用通信系统，或者说现在大家使用的无线通信系统其实就是战场数据链玩剩下的。主要由CPU、DSP、ADC（模拟数字转换器）、DAC（数字模拟转换器）、射频、天线等组成。CPU、DSP、天线不用多介绍了。射频芯片具有射频收发和功率放大等功能，ADC是将数字信号转化为模拟信号，而ADC则反过来，将模拟信号转化为数字信号。由于数据链和通信系统中要涉及模拟信号和数字信号的转换，因此在接收端和发射端就需要有ADC/DAC。此外，超高速ADC/DAC是雷达的重要器件，在电子战中，频率捷变也必须仰仗超高速ADC/DAC。
在数据链和通信系统上，其实软件的难度比硬件更大，对于硬件而言，基本不超过工控产品的要求，但在软件上就要下一些功夫了。
总而言之，首艘国产航母上的指挥系统、通信系统和雷达系统，中国是完全有能力实现国产化的。
首艘国产航母比辽宁号有哪些改进？
虽说001A型航母无论从吨位、起降方式、整体外形等诸多方面与辽宁舰相仿，但其舰岛、舰体结构和很多细节方面差别很大，具有浓烈的“中国特色”。据权威消息，该航母动力系统采用哈尔滨产的锅炉，航母的钢板由上海宝山生产，除了基本设计源自苏联，001A型航母已经是一艘百分百的中国舰了。
不同点一：舰岛变小、结构优化
图片说明：两型航母舰岛结构明显发生了变化
在建期间，随着001A型航母外形的逐渐清晰，通过照片很容易发现该舰舰岛的优化：一是舰岛明显变小了，得益于中国先进的电子技术，001A型的舰岛完全可以实现比辽宁舰更强的信息指挥能力。不过，相对美航母的“迷你舰岛”，使用常规动力的001A型号航母舰岛由于要增加烟囱的位置，舰岛体积还是要大很多。
二是001A型航母的舰岛上新增加了四个矩形结构，以便于安装四面主动相控阵雷达，可以涵盖360度搜索扇区，这个设计显然比辽宁舰的设计先进且高明得多。通过外形对比，001A型航母装备的雷达很有可能是和052D驱逐舰相同的346A型雷达，性能远超辽宁舰上装备的346雷达。
不同点二：航母甲板变大
图片说明：001A航母与辽宁舰卫星照对比，001A舰岛前段和舰艇后部分都增加了甲板面积
通过卫星图片对比，001A型产航母的甲板将比辽宁舰更加合理、宽大。比如说前文提及的舰岛体积的缩小，在舰岛前方最少增加了一个舰载机的停泊位。而且该新增甲板靠近航母的第一台升降机，方便机库中舰载机的调出，有效增加了航母的作战效率。
此外，辽宁舰继承自苏联舰艇的后方武器位在001A型航母上被优化，舰艇后部的甲板变宽，为舰载机提供更好的着陆条件。
不同点三：机库被优化变大
由于苏联时期航母的核心思想是巡洋舰式航母，舰载机主要承担舰队防空任务，航母本身承担对敌攻击任务。辽宁舰的原型舰首装备有反舰导弹，反潜装备等重型装备，改造时原有的倾斜发射井结构却无法拆除，只能做封闭处理。
而首艘国产航母的设计理念是要发挥航空兵的作用，001A型航母通过局部的重新设计，移除导弹发射井调整结构，使其完全变成舰载机机库。据保守估计，001A型航母的机库面积相比“辽宁”舰增加10%左右。
001A型航母各方面的性能以及设计不要求与美国超级航母相比，但是这艘中国自主设计和研发的第一艘航母带意味着太多，不仅证明中国已经完全掌握了前苏联航母的所有技术，更是中国航母历程上重要的一步。
作者：半导体观察
链接：http://www.jianshu.com/p/cf7cd696ac79
來源：简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
网友评论