J20火控雷达的性能（下）| J20 VS F22 专题

      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。

     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 。

      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。

      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，已经占据领先地位。微信公众号:尖端防务