2016年中国军工电子装备技术发展现状分析

　　电子信息技术正以3-4年为一代的速度迅速向前发展，并催生出众多新的技术，如纳米信息技术、生物信息技术、量子技术等。它的发展已经对军事装备的发展和军队信息化建设产生重大影响。

　　一、军事电子装备的小型化、轻量化、集成化、低功耗

　　（一）微电子技术发展进入纳米、三维、多功能时代

　　微电子器件正从亚微米、二维、单一功能进入纳米、三维、多功能集成时代。作为衡量集成电路技术水平主要指标的线宽，近40年已缩小到原来的1/140，单个晶体管平均价格降低107数量级。目前，器件的线宽继续以每3年达到一个新的工艺节点的速度向前发展，量产芯片已采用65nm-45nm工艺。

主要微电子器件目前的技术性能

数据来源：公开数据整理

　　二维集成电路中的金属互连线的信号延迟已成为限制其电路速度的一个重要因素，而正在发展的三维微电子技术能解决这一问题。目前，美国国防先期研究计划局正在积极开展这一技术的研究。二维微电子许多系统芯片已采用三维微电子技术，它的应用使三维集成电路的工作速度提高，功耗降低。

　　集成电路正从单一功能向多功能方向发展，主要在系统芯片（SOC）已将MPU、DSP、存储器和逻辑电路等集成在10mm×10mm的芯片上，已具有数据存储与数据处理等多种功能。同样，电子装备采用这种芯片之后，所需芯片数量大大减少，从而能缩小体积、减轻重量、降低功耗、提高可靠性。将其嵌入主战与保障装备后，还可延长装备的服役寿命。

　　从军用微电子技术的发展水平看，美国军用微电子工业的技术水平和生产规模位居世界第一，其军用微电子产品生产门类齐全、基础雄厚、技术先进。日本出于谋求政治、军事大国的需要，极力支持本国军用微电子技术的发展，目前已发展成为仅次于美国的军用微电子大国。日本的微电子技术水平与美国不相上下，只是科研开发水平稍逊，但在专用集成电路、存储器电路开发与制造方面具有较大优势。英、法等欧洲国家的微电子技术起步晚于美、日，目前技术和生产水平仍在美国和日本之后，但已经很接近。20世纪80年代中期以来，面对美、日微电子技术的迅速发展，欧洲国家采取联合发展的战略，使微电子技术得到迅速发展，竞争实力已大大增强（已掌握90nm工艺）[7-9]。俄罗斯在军用微电子技术领域所蕴藏的潜力也不容小觑。目前，俄罗斯微电子技术总体上落后于美、日、欧数年（已采用0.18μm的工艺），然而其产品以品种全、实用、耐用、性能稳定而著称，并且拥有独立技术，在半导体微波功率器件和抗辐射专用集成电路等方面还具有一定的优势。印度制定了鼓励半导体产业发展的政策，即在印度开办半导体企业在10年内将享受20%的成本优惠，因此近几年印度微电子产品制造业的增长速度远远高于全球增长速度，虽然其产品在全世界市场的占有率不到1%，但提升了其技术发展水平。目前印度已开始研发65nm工艺技术，主要开发的产品是专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

　　（二）单个半导体功率器件输出功率达到10W——100W

　　砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、硅锗（SiGe）等第2代半导体技术具有高速、高频、耐高温和大功率的特点，采用这类材料能制造单个功率器件和集成电路。目前，在单个功率器件方面，技术较成熟的是GaAs金属半导体场效应晶体管（MESFET），它在L——C波段的输出功率为50W左右，X波段为30W左右，Ku波段为20W，K波段为5W。InP晶体管的截止频率已达562GHz，能用于160GB/s的光通信系统。SiGe晶体管的截止频率已达350GHz，可用于宽带通信。在集成电路方面，GaAsX波段单片微波集成电路（MMIC）的输出功率已达11W，并且GaAsMMIC已进入毫米波段。采用硅锗的单片微波集成电路已应用于X和Ku波段通信。

　　以宽禁带半导体SiC和氮化镓（GaN）为代表的第3代半导体技术具有高频、大功率、耐高温和抗辐射的特点。目前，GaN功率放大器的输出功率已达160W。用于相控阵雷达的X波段T/R组件于2007年已达到7.9W，2008年美国开发的GaN基X波段的MMIC的输出功率已达15W。

　　总的来看，第3代半导体制作的单个器件已进入100W级，用它制作的MMIC以及用第2代半导体制作的单个器件和MMIC均在10W级。但值得注意的是GaNMMIC的功率密度比InP或GaAsMMIC高出5倍以上。若用GaN基MMIC取代GaAs或InPMMIC，用于W波段通信系统的性能有望提高300%；如果应用于相控阵雷达，雷达性能可能会提高70%。

　　目前，美国在研制与生产第2代和第3代半导体功率器件与单片微波集成电路方面走在世界前例。日本是世界最大的GaAs器件出口国，占世界市场的70%以上。日本富士通公司推出的GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）经过称为“最苛刻的可靠性测试”的夹断测试，即在200℃高温下，器件寿命超过百万小时（超过100年），被称为“全世界最可靠的器件”。NEC公司2002年开发的单芯片GaN半导体功率晶体管首次突破了100W的输出功率，超过了当时由美国Cree公司保持的最高输出功率水平。日本DENSO公司还开发出了用于V波段频率调制连续波雷达的InP基MMIC。

日本禁带微波半导体器件技术的发展水平

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　　法国电子研究所在InP功率器件方面也有较高的水平。德国TEMIC公司实现了SiGe异质结双极晶体管（HBT）集成电路的工业化生产。荷兰飞利浦和法国的Telecom也都拥有世界领先的SiGeHBT技术。

　　这些公司利用SiGeHBT技术生产各种放大器、振荡器、收发机。欧洲的宽禁带半导体发展计划已经启动，俄罗斯的GaAs技术较为先进，也十分重视宽禁带半导体技术的发展。

　　（三）真空电子器件的输出功率、效率、寿命等技术性能达到新的水平

　　真空电子器件的功率密度比半导体功率器件高2个数量级，在雷达、卫星通信、电子战装备、微波武器中的应用不可替代。目前，主要器件的技术水平见表3（表中性能是常规器件参数，用作高功率微波源的某些器件功率已达兆瓦级）。

国外主要真空电子器件的技术水平

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　　二、雷达及第3代光电探测器的探测距离、分辨率等性能达新水平

　　有源相控阵雷达技术是指雷达天线每一阵列单元都接有发射/接收组件的相控阵技术，由于其天线阵面包含大量的有源器件，而被称为有源相控阵技术。它涉及的技术包括数字波束形成技术等。它的发展促进了地面和机载相控阵雷达的发展。目前，地面大型有源相控阵雷达作用距离已达4800km。机载有源相控阵雷达的作用距离已达296km（F-22配备的APG-77）。

　　合成孔径雷达技术的发展使机载合成孔径雷达的分辨率达到0.1m，星载合成孔径雷达分辨率小于1m，并使之具有探测和识别隐藏在一定厚度植被下目标的能力，以及对动目标的探测、定位和识别能力。超视距雷达技术的发展使前向散射超视距雷达的作用距离已达3300km（美国的FPS-118），并使后向散超视距雷达的作用距离达到了6000km。

　　雷达通过采用超低副瓣、自适应副瓣对消、自适应波瓣零点控制等抗干扰技术，已能抑制50dB——60dB的干扰。

　　低截获概率技术已在雷达中应用，例如，俄罗斯的“首领”及“先知”等雷达系统。

　　激光雷达的分辨率已达分米级。远程精密激光跟踪测量雷达的作用距离已达5km——1000km。探测距离为300m——500m的防撞激光雷达和战术成像合成孔径激光雷达已经面世。

　　用于可见光探测的电耦合器件（CCD）像素数已达到25M（5040×5040），甚至可以达到81M（9000×9000）（侦察卫星用的超大规模面阵）。

　　用于夜视的微光像增强器已发展到第3代。采用第3代微光像增强器的夜视镜的视距比采用第2代管的夜视镜提高了约一倍。

　　红外探测器是一种可用于导弹预警、精确制导武器和红外对抗的重要传感器。它已从第2代凝视型焦平面阵列发展成为多光谱（覆盖中波红外窗口、长波红外窗口或短、中、长3个红外窗口）和多色探测的第3代红外焦平面阵列（FPA）。双色或多色HgCdTe和量子阱红外探测器（QWIP）FPA已经研制成功。256×256元中波FPA与384×288×2元中波双色的Ⅱ类超晶格FPA和256×256元量子点红外探测器（QDIP）FPA已研制成功。

　　紫外探测器是一种可用于导弹预警、军用气象和军用短程通信的传感器。它已从第2代的成像紫外传感器发展到第3代采用宽禁带半导体材料的紫外焦平面探测器。

　　目前，256×256元、512×512元和1024×1024元像素的成像型紫外探测器已被采用。采用宽禁带半导体材料的320×256元盲型紫外焦平面探测器已开发成功。

　　三、计算机运算速度已达1015次/s，软件支持信息系统和武器功能的能力全面提高

　　计算机技术是作战指挥、武器控制、通信联络、后勤保障等诸多决定战争胜负的关键因素所依赖的关键技术。计算机技术已进入小型化、开放系统、网络计算、移动计算和多媒体等技术为主要特征的崭新时代。目前，各类计算机的运算速度大大提高，高性能计算机的运算速度已达1026×1012次/s（2007年只有478×1012次/s）。

　　普通微型机已采用主频为3.2GHz的双核芯片（即单核的运算速度是32×108次/s）。新型计算机开发取得突破性进展，如目前已开发出28量子Byte的量子计算机（7个量子Byte的量子计算机相当于128位常规计算机，20个量子Byte的量子计算机相当于1M位常规计算机），而目前常规计算机只有64位。计算机网络架构正在从客户机/服务器架构转向支持WEB的面向服务的体系架构，使系统的互操作性提高，并便于软件升级。

　　军用共性软件平台是信息系统的基础性软件，如美军的国防信息基础设施通用操作环境（DIICOE）。由于它支持互操作的能力不足，目前美军的C4ISR系统从普遍应用DIICOE4.0版本转向采用面向服务的共型软件平台。新的共型软件采用了网络中心企业服务（NCES）以及态势感知、战备、兵力投放、情报、部队防护、兵力运用（空/天作战）、兵力运用（地面作战）、兵力运用（海上/水面作战）等8个任务能力包，并将其转化为服务，供指挥不同作战的指挥员选用。另外，美军还开发了共用作战图像（COP）、自适应任务计划与预演（AMP＆R）、联合火力指挥与控制、协作信息环境（CIE）等C3I应用软件。这些软件支持系统互操作能力和网络中心战的能力大大提高。

　　在电子装备和武器系统中，由软件来实现的功能正在逐步增加。目前，在某些机载雷达的总成本中，软硬件费用比已达到85∶15。通过软件升级已能提高其探测距离、分辨率和抗干扰性。在武器系统方面，嵌入式软件支持的功能在由硬件与软件共同支持的功能中所占的比例在逐年增高，以美军的作战飞机为例，1982年的F-16为45%，近年的F-22达到80%，而F-35的软件规模比F-22更大。武器嵌入式软件已在导弹、作战飞机、无人机、军舰等各种作战平台中应用，并广泛采用开源软件（Linux）。目前，美军一架现代化战斗机所包含的软件已经超过25万个功能点，或2500万行源代码。相比之下，民用软件如WindowsNT、Windows2000/XP仅为10万个功能点。

　　四、通信系统传输速率达到GB/s级，抗干扰能力全面加强

　　目前，通信卫星寿命长达10年以上，最大带宽达1.2GB/s——3.6GB/s。抗干扰能力强的EHF波段（44/20GHz）卫星通信系统已投入运行，通过卫星通信已实现动中通。

　　在无线通信技术发展方面，新型战术散射通信系统的数据速率已达到40MB/s。软件无线电技术的发展使软件无线电台的频率已覆盖2MHz——2GHz频段，并能通过不同的软件配置在所有环境领域（如地面移动、固定站、机载、海上、个人通信等）中使用。传输速率达54MB/s的无线局域网已投入使用。数据率达274MB/s的通用数据链已研制成功。

　　在光通信方面，单波道l0GB/s的光纤通信技术已应用于军用信息基础设施（如美国的GIG）。单波道40GB/s的光纤通信技术即将投入商业应用，也将应用于军用通信。而当今实验室单波道光纤通信的水平为电时分复用达160GB/s，光时分复用达320GB/s。此外，自由空间光通信数据传输率已达到40GB/s。

　　五、导航系统定位精度等性能达到新水平，作战平台的导航能力和武器制导能力提升

　　目前，美国在轨的GPSII卫星定位精度为水平13m，垂直22m，授时40ns；目前在轨共30颗卫星，其军用信号的定位精度已优于10m。新入轨的GPSIIR-M卫星新增了军码和第2个民码。俄罗斯的GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。俄罗斯2007年发射的GLONASS-K卫星的工作寿命已达10年——12年，而原来的卫星只有7年，定位精度比最初运行卫星提高1倍多。伽利略卫星导航系统现只有一颗在轨试验卫星，目前不具备运行能力。Galileo公开服务的预定精度为水平15m，垂直35m（单频）；水平4m，垂直8m（双频），最高可提供1m定位精度。

　　惯性导航系统应用的高精度液浮陀螺仪、静电陀螺仪、环形激光陀螺仪、光纤陀螺仪、以及100美元以下的MEMS高速加速度计已经研制出来。用于舰船的天文导航系统定位精度已达到60ft（1ft=0.305m）。目前，卫星和天文导航定位精度提高了作战平台的导航能力和武器精确打击能力。而低成本微机电惯性导航系统传感器的问世，将对精确制导武器弹药广泛应用产生重大影响。