電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：眾所周知，軍用航空電子對(duì)半導(dǎo)體IC、電子元器件、連接器及電子系統(tǒng)有著非?？量痰囊?，目前，較為知名的主要軍用航空電子供應(yīng)商ADI、TI、Xilinx、英飛凌、Altera、MicroSemiconductor等。為發(fā)現(xiàn)未來主要技術(shù)脈絡(luò)及商機(jī)，故梳理軍用航空電子領(lǐng)域主要幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)新發(fā)展，包括導(dǎo)航系統(tǒng)，顯示器，COTS及電子結(jié)構(gòu)，期為讀者提供有益參考。

　　導(dǎo)航系統(tǒng)的新發(fā)展

　　軍用機(jī)和機(jī)載武器的導(dǎo)航仍以gps導(dǎo)航系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，導(dǎo)航系統(tǒng)正向更精、更輕、更小和價(jià)格更低的方向發(fā)展。

　　1 GPS的主要發(fā)展方向是提高其抗干擾能力

　　美國(guó)在1997年7月23日從卡納維拉爾角用0德爾它02（Delta 2）火箭發(fā)射了第一顆GPS 2R全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星。它是要發(fā)射的Navstar系列中的第42顆衛(wèi)星。

　　先前的一顆2R衛(wèi)星于1997年1月在發(fā)射時(shí)因運(yùn)載火箭爆炸面損毀。GPS 2R衛(wèi)星由洛克希德#馬丁公司研制，重2030千克。2R衛(wèi)星及其18顆以后的衛(wèi)星將能進(jìn)行6個(gè)月自主的操作，而不需要地面修正。

　　2R批次具有較大的余度及新的交聯(lián)測(cè)距能力，以提高精度。一旦6~8顆新的2R衛(wèi)星投入工作，GPS導(dǎo)航精度將從目前的10米提高到優(yōu)于6米。

　　第一顆Navstar GPS衛(wèi)星是1978年初發(fā)射的。Navstar衛(wèi)星的發(fā)展經(jīng)歷了第1批次、第2批次、2A批次和目前的2R批次，大約從2002年開始將發(fā)射由波音公司制造的更加新的2F衛(wèi)星。

　　今后四年是太陽(yáng)活動(dòng)高峰時(shí)期，而GPS及其應(yīng)用是在太陽(yáng)特別溫和期間發(fā)展的，而且與2/2A衛(wèi)星的輸出功率比較，2R的輸出功率可能降低2~4分貝，制造差別也可使衛(wèi)星間的輸出功率最多相差2分貝。因此美國(guó)很擔(dān)心太陽(yáng)活動(dòng)高峰會(huì)使電離層起伏而引起導(dǎo)航誤差，甚至造成GPS信號(hào)的中斷，特別是關(guān)心飛機(jī)在進(jìn)近期間所接收GPS信號(hào)可能受到破壞。

　　此外，隨著航空對(duì)GPS依賴的增加，軍用和民用航空用戶關(guān)于系統(tǒng)受到非故意的干涉和故意的干擾的擔(dān)心正在上升。軍方對(duì)GPS的抗干擾能力特別關(guān)心，敵方將會(huì)干擾GPS，試圖使來襲的導(dǎo)彈迷航，而且武器離目標(biāo)越近，它要對(duì)抗的干擾信號(hào)也越強(qiáng)。

　　美國(guó)國(guó)防預(yù)研計(jì)劃局（DARPA）提高GPS抗干擾性的一個(gè)嘗試正集中于研制一種小到足以裝在新的接收機(jī)中的原子鐘。目前的原子鐘比研制中的光纖陀螺 （FOG）慣導(dǎo)/GPS組件大得多，但預(yù)計(jì)不久將會(huì)做得很小。導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部中由原子鐘提供的精確時(shí)間，將會(huì)在信號(hào)中斷以后，加速GPS重新截獲衛(wèi)星。有原子鐘可在不到1分鐘內(nèi)拾取衛(wèi)星信號(hào)，而沒有原子鐘就需要幾分鐘。

　　提高抗干擾能力的其他辦法是采用自適應(yīng)天線和新材料。GPS接收機(jī)對(duì)采用較好的自適應(yīng)零位操縱干擾技術(shù)來說，需要0.8~1.2米直徑的天線。對(duì)導(dǎo)彈來說，這個(gè)尺寸顯然太大。因而DARPA認(rèn)為，嵌在導(dǎo)彈蒙皮中的天線，即靈巧蒙皮是解決這個(gè)問題的好辦法。

　　俄羅斯在1997年莫斯科航展上展出的一種GPS干擾機(jī)能阻止接收4個(gè)頻率的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)。干擾機(jī)重10~12千克，發(fā)射的功率足以抑制數(shù)百千米以內(nèi)接收機(jī)的正常工作。它具有4個(gè)固定頻率的振蕩器，而這4個(gè)頻率是GPS和GLONASS發(fā)射的信號(hào)所使用的。干擾機(jī)的功率放大器在1200~1650兆赫頻帶中具有4瓦的功率。美國(guó)空軍將購(gòu)買8個(gè)干擾機(jī)，以便在埃格林空軍基地進(jìn)行分析，找出對(duì)付它的辦法。

　　2 慣導(dǎo)和更小和價(jià)格更低的方向發(fā)展

　　光纖陀螺的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、重量輕、成本低和可靠性高， 很適合用在精密制導(dǎo)武器低價(jià)組合式GPS-慣導(dǎo)系統(tǒng)中。光纖陀螺（FOG）已開始向環(huán)形激光陀螺（RLG）發(fā)起挑戰(zhàn)。FOG在某些不大重要的民用和軍事應(yīng)用中已取代RLG，在這些應(yīng)用中1度/小時(shí)的陀螺漂移率是可以接受的。美國(guó)空軍正在考慮用較小的、更可靠的FOG來代替許多軍用自動(dòng)駕駛儀中所用的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量速率陀螺。FTC公司生產(chǎn)的FOG已裝在F-15飛機(jī)上作了試飛。

　　美國(guó)目前研制FOG的公司主要有利頓和霍尼韋爾兩家。波音777飛機(jī)采用了霍尼韋爾公司供應(yīng)的具有4個(gè)FOG的備份導(dǎo)航系統(tǒng)，稱為輔助姿態(tài)大氣基準(zhǔn)裝置 （SAARU），F(xiàn)OG的性能在1度/小時(shí)等級(jí)以內(nèi)。霍尼韋爾公司自1992年以來就生產(chǎn)這一級(jí)別的FOG，而且已交付1500多個(gè)光纖陀螺。

　　利頓工業(yè)公司采用FOG的LN-200的慣性參考裝置現(xiàn)在已有40多種不同的應(yīng)用，應(yīng)用范圍包括飛機(jī)、導(dǎo)彈和無(wú)人機(jī)?；綥N-200慣性參考裝置，它包括三個(gè)FOG和微機(jī)械加工在一塊硅芯片上的三個(gè)小型線加速度計(jì)，其直徑為8.89厘米，高8.64厘米，重量不到 0.726千克。LN-201是一種稍重的型別，在重新組裝后用于AMRAAM空空導(dǎo)彈。而利頓LN-210型已為RAH-66直升飛機(jī)所選用，此直升飛機(jī)將裝備兩個(gè)FOG慣性參考系統(tǒng)和利頓公司的一個(gè)采用RLG的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　DARPA目前正在進(jìn)行的GPS制導(dǎo)組件（GGP）項(xiàng)目的第二階段選擇了兩個(gè)公司集團(tuán)進(jìn)行研制：利頓/羅克韋爾/柯林斯公司及霍尼韋爾/天寶導(dǎo)航公司。利頓和霍尼韋爾為GGP研制的FOG將具有0.01度/小時(shí)的精度，導(dǎo)航精度達(dá)到1海里/小時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的性能還將通過組合慣性與GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)得到提高?？铝炙购吞鞂毜腉PS接收機(jī)都將是12通道裝置。

　　這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)要求GGP系統(tǒng)的體積減小到1640立方厘米，其重量只有3118千克，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的指標(biāo)為20000小時(shí)，比目前的 RLG慣性系統(tǒng)的MTBF大三倍。功耗只有30瓦，這對(duì)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)和導(dǎo)彈特別重要。組合慣性/GPS系統(tǒng)的批量生產(chǎn)成本降到約15000美元，大約為采用RLG的性能差不多的系統(tǒng)的三分之一。為了壓縮GGP的尺寸和成本，這兩家公司將采用由微機(jī)械加工技術(shù)制造在硅芯片上的加速度計(jì)?；裟犴f爾公司的微加速度計(jì)將由聯(lián)信公司的儀表系統(tǒng)部供應(yīng)。而利頓的微加速度計(jì)是自己研制的，且用于其目前的AMRAAM導(dǎo)彈所用的慣導(dǎo)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)DARPA將在1999年春完成這項(xiàng)工作。

　　雖然軍事部門可能首先采用GGP，但民用航空準(zhǔn)會(huì)步其后塵。尺寸小、重量輕和成本低可能為許多通用航空飛機(jī)裝備一流的導(dǎo)航設(shè)備開辟道路。如果利頓和霍尼韋爾的組合慣性/GPS能實(shí)現(xiàn)1.5萬(wàn)美元的價(jià)格，那么這將把系統(tǒng)的民用市場(chǎng)擴(kuò)展到包括短程飛機(jī)及雙發(fā)通用航空飛機(jī)。同樣，這些系統(tǒng)可通過使它們不易受敵方對(duì)GPS信號(hào)的局部化干擾的影響，極大地增加精密制導(dǎo)武器的精度。一個(gè)裝有0.01度/小時(shí)FOG的系統(tǒng)將能允許GPS信號(hào)喪失10分鐘，而仍能到達(dá)其預(yù)定目標(biāo)的30米以內(nèi)。

　　根據(jù)與空軍簽訂的合同，利頓正在研制一種0精密FOG0，其目標(biāo)是使FOG精度大致提高10倍，差不多達(dá)到0.001度/小時(shí)?；裟犴f爾公司正在利用其自己的資金為達(dá)到同樣的目標(biāo)而進(jìn)行研究。

　　雖然旋轉(zhuǎn)質(zhì)量陀螺在很大程度上已為RLG所取代，然而RLG是否會(huì)面臨同樣的命運(yùn)，則專家們持不同的觀點(diǎn)。例如，采用小型RLG的霍尼韋爾公司的慣性系統(tǒng)，最近已被選用于“聯(lián)合直接攻擊炸彈” （JDAM），可見RLG還有相當(dāng)強(qiáng)的生命力。但是，專家們的一致看法是，“光陀螺”的未來是光明的。然而，總有一天，光陀螺在較低精度應(yīng)用方面會(huì)受到將振動(dòng)質(zhì)量制造在芯片上的微電子陀螺的挑戰(zhàn)。德雷珀實(shí)驗(yàn)室已在率先發(fā)展這種技術(shù)，而且其他一些公司，如利頓和羅克韋爾也在進(jìn)行這方面的研究。

　　DARPA已在推進(jìn)很低價(jià)格的FOG/INS/GPS的研制，1997年已同工業(yè)部門簽訂了一個(gè)合同，為步兵研制這種微機(jī)電導(dǎo)航器件。這些小型器件將在微尺度上加工，目標(biāo)是整個(gè)系統(tǒng)的銷售價(jià)格為1200美元，功耗不到1瓦。

　　羅克韋爾公司已交付第一個(gè)導(dǎo)航處理器給Alliant公司的Outrider無(wú)人機(jī)。這個(gè)導(dǎo)航處理器采用羅克韋爾公司在市場(chǎng)上出售的一種最小的慣性傳感器，即數(shù)字式石英慣性測(cè)量裝置（DQI），并采用來自作為無(wú)人機(jī)自動(dòng)化發(fā)射和回收系統(tǒng)一部分的GPS接收機(jī)的信號(hào)。DQI為第一代用于慣性敏感的微機(jī)電傳感器，是從一塊石英基板批生產(chǎn)得到的。這種簡(jiǎn)單、小而且可靠的DQI采用振動(dòng)石英傳感器，適用于靈巧武器、導(dǎo)彈和無(wú)人機(jī)。

　　美國(guó)Irvine傳感器公司正在研制一種尺寸像一塊方糖大小的慣導(dǎo)系統(tǒng)，系統(tǒng)基于定制微機(jī)械加工陀螺，稱為硅微環(huán)陀螺（Silicon MicroRing Gyro）。美國(guó)海軍官員們想把這種2立方厘米的系統(tǒng)用于聲納浮標(biāo)和有關(guān)應(yīng)用。微機(jī)械加工采用半導(dǎo)體制造方法來制造特征尺寸以微米計(jì)的傳感器和結(jié)構(gòu)。MicroRing采用低價(jià)的硅與金屬結(jié)構(gòu)，同時(shí)測(cè)量沿幾條軸的運(yùn)動(dòng)。美國(guó)海軍為它規(guī)定的指標(biāo)為：100分貝的動(dòng)態(tài)范圍，10毫瓦功耗與0.5飛電容。

　　頭盔顯示器的新發(fā)展

　　戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙儀表的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是采用彩色液晶顯示器。美國(guó)的F-15、F-16、F/A-18、AT/T-38和T-45的駕駛艙改進(jìn)都采用了液晶多功能顯示器。平板彩色顯示器和平視顯示器將為目前最先進(jìn)的F-22飛機(jī)的飛行員提供信息。而頭盔顯示器（HMD）作為一種新崛起的瞄準(zhǔn)和顯示設(shè)備正越來越受到世界各國(guó)空軍的重視。

　　俄羅斯和以色列戰(zhàn)斗機(jī)已采用頭盔顯示器，而美國(guó)空軍和西歐國(guó)家的空軍卻采取慎重態(tài)度，已花了好幾年時(shí)間對(duì)頭盔顯示器的所有人機(jī)工程和性能問題進(jìn)行深入的研究?，F(xiàn)在，頭盔顯示器的技術(shù)已能滿足所提出的嚴(yán)格的要求。

　　各國(guó)空軍都希望用頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)來指示目前和未來的一些近距空空導(dǎo)彈， 正在把采購(gòu)和部署簡(jiǎn)單的只能白天使用的頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)置入快車道。HMD取代戰(zhàn)斗機(jī)的平視顯示器（HUD）已變成次要的事情，現(xiàn)在頭盔顯示器的主要作用是武器瞄準(zhǔn)和一些儀表數(shù)據(jù)的讀出。目前的考慮趨向于頭盔顯示器顯示的的東西越少越好，詳細(xì)的飛行數(shù)據(jù)最好留給HUD來顯示。HUD在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被HMD所取代，因?yàn)閷?duì)HMD的要求取決于任務(wù)和威脅，而且只在少數(shù)任務(wù)中需要全功能的HMD。研究表明，互補(bǔ)地采用前視紅外（FLIR）顯示器、夜視鏡和簡(jiǎn)單的頭盔指向器件已能滿足需要。

　　俄羅斯的米格-29已裝備基輔阿森納爾設(shè)計(jì)局研制的Zh-3YM-1 HMD。這種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)采用一塊外部安裝的組合玻璃來顯示目標(biāo)的方位，其特點(diǎn)是具有采用安裝于駕駛艙的攝像機(jī)來探測(cè)安裝于頭盔的發(fā)光二極管（LED）組的光學(xué)頭部跟蹤器。阿森納爾設(shè)計(jì)局現(xiàn)已研制了一些更新的HMD，例如Surat和Taurus。這些系統(tǒng)在作戰(zhàn)中使用的優(yōu)點(diǎn)是，飛行員僅需要轉(zhuǎn)動(dòng)其頭部就可截獲目標(biāo)并發(fā)射武器，而不需要使其飛機(jī)的機(jī)頭指向敵機(jī)。

　　以色列埃爾比特的顯示和瞄準(zhǔn)頭盔系統(tǒng)（DASH）在以色列空軍的F-15、F-16和F-4中使用已有好幾年。第三代DASH 3提供與以前型別同樣的性能，但已做得較輕（1.8千克）和尺寸更加緊湊，且提高了系統(tǒng)可靠性。DASH采用12.7毫米的陰極射線管，它在22b視場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生筆劃式字符來顯示飛行數(shù)據(jù)和一個(gè)目標(biāo)指示框。

　　DASH可使雷達(dá)和空空導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭跟隨飛行員的瞄準(zhǔn)線轉(zhuǎn)動(dòng)。DASH像許多其他HMD那樣，采用電磁頭部跟蹤器。電磁頭部跟蹤器基于頭盔安裝的發(fā)射器和駕駛艙內(nèi)的一些傳感器，可將飛行員的視線確定在6毫弧度的精度以內(nèi)。

　　歐洲戰(zhàn)斗機(jī)的頭盔顯示器采用光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，用一系列安裝在駕駛艙中的紅外攝像機(jī)探測(cè)頭盔上的IR發(fā)光二極管陣列，從而計(jì)算頭部的精確位置和視角。光學(xué)跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)是，不必像電磁跟蹤器那樣畫駕駛艙的磁場(chǎng)圖，可在任何飛機(jī)上采用。雖然早期系統(tǒng)因?qū)θ展饷舾卸跋[”，較新的光學(xué)跟蹤器可采用預(yù)測(cè)處理和其他技術(shù)把這種現(xiàn)象過濾掉。較快的計(jì)算機(jī)處理還可減小系統(tǒng)的延時(shí)。

　　法國(guó)賽克斯當(dāng)公司和英特技術(shù)公司不是圍繞現(xiàn)有的頭盔殼體設(shè)計(jì)HMD，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的頭盔系統(tǒng)，它包括視覺與顯示系統(tǒng)，并帶氧氣/正壓呼吸和全核生化保護(hù)。該公司的單目Topsight HMD已經(jīng)在一架0幻影02000上作了廣泛的飛行試驗(yàn)，并已向法國(guó)空軍供應(yīng)了10套Top-sight頭盔進(jìn)行鑒定。法國(guó)空軍正集中于HMD在空空目標(biāo)截獲和指示方面的使用，主要支持0幻影02000和0陣風(fēng)0戰(zhàn)斗機(jī)。對(duì)Topsight雙目HMD的飛行試驗(yàn)定于1997年年底以前開始。該公司采用磁頭部跟蹤系統(tǒng)，而且最近完善了一個(gè)新的算法組，以進(jìn)一步提高精度，最終公司可能采用眼跟蹤系統(tǒng)來代替磁頭部跟蹤系統(tǒng)。

　　美國(guó)空軍的“聯(lián)合頭盔指示系統(tǒng)”（JHMCS）正在迅速發(fā)展，JHMCS將由國(guó)際視覺系統(tǒng)（VSI）公司研制。VSI是美國(guó)凱澤電子公司和以色列埃爾比特公司的合資企業(yè)，埃爾比特公司通過這個(gè)合資企業(yè)把DASH技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了JHMCS。JHMCS的使用試驗(yàn)和鑒定將在1999~2000年進(jìn)行，而生產(chǎn)決定將在2000年年中作出。首批使用JHMCS飛行的飛機(jī)將是F-15C/D和F/A-18C/D。F-22也將采用JHMCS，以便充分發(fā)揮改進(jìn)的 AIM-9x的離軸能力。最初的JHMCS將是一種單目、單色顯示器，將字符投影在頭盔的護(hù)目鏡上。

　　其20b顯示視場(chǎng)將適合白天空戰(zhàn)中的離軸導(dǎo)彈指示。它的一個(gè)預(yù)計(jì)劃的產(chǎn)品改進(jìn)項(xiàng)目致力于未來用在AV-8B和JSF空地作戰(zhàn)對(duì)系統(tǒng)所要求的改進(jìn)。 JHMCS被設(shè)計(jì)成安裝在標(biāo)準(zhǔn)的HGU-55/P和輕型的GU-56/P或F-22的HGU-68/P這類頭盔上。它能指示雷達(dá)與導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，采用了高速（240赫）電磁允許的金屬頭部跟蹤器。

　　JHMCS與俄羅斯頭盔的關(guān)鍵差別是送到頭盔的數(shù)據(jù)不同，俄羅斯頭盔具有一個(gè)固定的光標(biāo)和頭部跟蹤器，并為導(dǎo)彈導(dǎo)引頭提供瞄準(zhǔn)線數(shù)據(jù)，但導(dǎo)引頭的位置并不發(fā)送到頭盔。而在JHMCS中，飛行員可以看到導(dǎo)引頭指向那里，并可確認(rèn)導(dǎo)彈試圖鎖定于正確的目標(biāo)的情況。

　　JHMCS頭盔具有可互換的白天或黑夜護(hù)目鏡（前者具有較深的色彩，以便有較好的顯示能見性），而且可裝選用的夜視鏡模塊。顯示字符包括一個(gè)目標(biāo)指示框， 一個(gè)將飛行員的頭部指引到系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)外目標(biāo)的箭頭，包括速度、高度、重力和武器數(shù)據(jù)在內(nèi)的基本飛行信息。此頭盔由增加到戰(zhàn)斗機(jī)的顯示或任務(wù)計(jì)算機(jī)的一塊電路板控制。

　　JHMCS應(yīng)用了萊特-帕特遜空軍基地的美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室VCATS計(jì)劃的研究成果。VCATS研究了對(duì)付機(jī)體在高G下振顫這類問題，而振顫可能引起導(dǎo)彈與頭盔軸線有顯著的移動(dòng)。美國(guó)研究人員還發(fā)現(xiàn)了人體在高G下不能勝任觀察向目標(biāo)飛行的導(dǎo)彈軌道的問題。研究表明，在9G下，大多數(shù)飛行員不能以90度的角度向上觀看，通常向上觀看的最大角度為60~80度。為彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，VCATS在普通顯示器上引入了0高G指示點(diǎn)0，或0上視光標(biāo)0。當(dāng)飛行員的頭部移動(dòng)回來，并從側(cè)面跟蹤目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)選擇左或右上視光標(biāo)，以便飛行員在頭部運(yùn)動(dòng)較少的情況下指示導(dǎo)彈導(dǎo)引頭或雷達(dá)。

　　工程師們現(xiàn)正在探索10~15年后需要的HMD技術(shù)。如果激光的威脅增加，就要使用駕駛艙封閉的戰(zhàn)斗機(jī)，飛機(jī)將由飛行員采用虛擬現(xiàn)實(shí)HMD飛行。這種HMD完全依靠人工產(chǎn)生的視覺，需要光纖陀螺和更強(qiáng)的處理能力來得到所需的顯示速度和精度。傳感器融合技術(shù)將使飛行員0透過0其封閉的駕駛艙進(jìn)行觀察，以任何角度跟蹤其他戰(zhàn)斗機(jī)或地面目標(biāo)。

　　COTS技術(shù)的應(yīng)用

　　自1976年以來，集成電路的銷售量由于它們?cè)谟?jì)算機(jī)、電信設(shè)備和電子消費(fèi)品中應(yīng)用的增多而增加了40倍。這些集成電路的絕大多數(shù)（98%）是塑料封裝的微電路（PEM）。PEM首先是在60年代引入的，由于它們的低成本、小尺寸和輕重量而得到廣泛應(yīng)用。隨著它們的應(yīng)用及可靠性的增加，導(dǎo)致它們也用在航空電子、汽車和其他長(zhǎng)壽命的設(shè)備中。在這同一個(gè)時(shí)期，集成電路在航空電子設(shè)備中的應(yīng)用保持平穩(wěn)，引起其市場(chǎng)份額從17%跌到不到1%，使軍事部門再也不能影響電子器件的發(fā)展。軍用級(jí)部件市場(chǎng)的萎縮以及要對(duì)它們進(jìn)行篩選以滿足MIL-STD-883所需的費(fèi)用已導(dǎo)致許多大制造商，如摩托羅拉、英特爾和飛利浦關(guān)閉了它們的軍用電子元件生產(chǎn)線。這顯著減少了密封封裝的軍用規(guī)范部件的供應(yīng)量，特別是最新的和技術(shù)上最先進(jìn)的集成電路緊缺，迫使防務(wù)工業(yè)考慮采用商業(yè)技術(shù)的PEM部件。美國(guó)國(guó)防部已于1994年制訂政策，鼓勵(lì)采用最好的商業(yè)部件，以便在軍用設(shè)備中早日使用經(jīng)濟(jì)上負(fù)擔(dān)得起的前沿電子技術(shù)產(chǎn)品。

　　美國(guó)國(guó)防部把COTS（commercia-l of-f the-shelf），即商業(yè)貨架器件定義為是在市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品，并在制造商的產(chǎn)品目錄中以確定的價(jià)格出現(xiàn)，而且可直接從制造商或通過制造商的銷售網(wǎng)供應(yīng)給任何公司或個(gè)人使用。COTS器件有標(biāo)準(zhǔn)的件號(hào)和描述其機(jī)械、電氣和環(huán)境性質(zhì)與極限的技術(shù)規(guī)范。COTS產(chǎn)品可分成消費(fèi)品/工業(yè)用、軍用和航天用等類。在PEM中，半導(dǎo)體芯片采用模壓塑料技術(shù)被封裝在一個(gè)殼體中。

　　盡管PEM具有顯著的優(yōu)點(diǎn)（如新產(chǎn)品，性能好，投放市場(chǎng)的時(shí)間短和首批成本低），它們也有一些缺點(diǎn)，如密封性差，抗熱循環(huán)和沖擊的性能差及較小的工作溫度范圍。制造工藝的變化，甚至制造商和批量的變化，可導(dǎo)致其性能變化越出規(guī)定的性能數(shù)據(jù)。

　　未來戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)人員正在全力對(duì)付航空電子設(shè)備過時(shí)的問題。這個(gè)問題因防務(wù)預(yù)算減少以及軍機(jī)市場(chǎng)萎縮而造成的研制和生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)而變得更加嚴(yán)峻。在軍用航空電子系統(tǒng)中，采用民用0開放0型系統(tǒng)硬件和軟件被看作是對(duì)付日益增長(zhǎng)的電子元部件過時(shí)的重要措施。如果改用COTS技術(shù)，航空電子產(chǎn)品將不再一成不變， 其處理器芯片每過18個(gè)月就有改進(jìn)。

　　在航空電子和計(jì)算機(jī)方面，商業(yè)貨架（COTS）技術(shù)已是很有市場(chǎng)。單是美國(guó)軍用機(jī)的處理機(jī)改進(jìn)項(xiàng)目就包括：F-14和F/A-18的AN/AYK-14任務(wù)計(jì)算機(jī)采用COTS 技術(shù)的改進(jìn)，F(xiàn)-16的新的模塊式任務(wù)計(jì)算機(jī)（MMC），供另一些F-16使用的M372通用處理火控計(jì)算機(jī)，F(xiàn)-15新的大氣數(shù)據(jù)處理機(jī)和新的IBM CP-1075C VH-SIC中央計(jì)算機(jī)及F-14新的GEC-馬可尼公司的數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)。

　　美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在其0開放系統(tǒng)民用航空電子設(shè)備要求0（OSCAR）計(jì)劃中準(zhǔn)備用民用處理機(jī)來代替AV-8B中的任務(wù)計(jì)算機(jī)，在航空電子設(shè)備改用COTS 技術(shù)方面起了帶頭作用。麥道公司（現(xiàn)已被波音公司收購(gòu)）是OSCAR計(jì)劃的主承包商，其轉(zhuǎn)包商CDI公司正在采用PowerPC民用處理器研制AV-8B 的AYK-14任務(wù)計(jì)算機(jī)的代用計(jì)算機(jī)。新計(jì)算機(jī)的研制型定于1997年3月初交付并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)，生產(chǎn)將于1997年年底前開始，而對(duì)AV-8B 的改進(jìn)將在1998年初開始。民用處理機(jī)的性能將比AYK-14提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。美國(guó)海軍也在尋找代替F-18上使用的AYK-14的民用處理機(jī)。

　　OSCAR改進(jìn)計(jì)劃將采用具有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口（VME底板和符合POSIX的操作系統(tǒng)）的公共模塊，最初的作戰(zhàn)能力預(yù)定在2001年實(shí)現(xiàn)。某些OSCAR硬件和軟件將被用于F-15新的先進(jìn)顯示核心處理機(jī)（ADCP）中。它將與F-15E的多用途顯示處理機(jī)（MDPD）和VHSIC綜合在一個(gè)電子箱內(nèi)，用在 F-15C/D上的組裝中將有一些不同。

　　諾斯羅普#格魯門公司的工程師們正在修改美空軍E-8C飛機(jī)上的電子設(shè)備，以容納數(shù)量增加的COTS元部件。在過去3年里，E-8C的航空電子設(shè)備已從采用專門技術(shù)，如DEC公司的VAX計(jì)算機(jī)和國(guó)際器件公司的可編程信號(hào)處理機(jī)發(fā)展為采用開放系統(tǒng)部件，如DEC公司的Alpha微處理器，VME底板數(shù)據(jù)總線和FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）。進(jìn)一步采用COTS技術(shù)可能將包括Windows NT操作系統(tǒng)，模擬器件公司的21060 SHARC數(shù)字信號(hào)處理機(jī)、水銀計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司發(fā)明的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Raceway高速微處理器互聯(lián)裝置。

　　F-22的研制人員已在對(duì)付可能要到2004年以后才能投入使用的F-22的電子零件過時(shí)的問題，雖然在2004年以前，該機(jī)不會(huì)進(jìn)入美國(guó)空軍服役。洛克希德#馬丁/波音集團(tuán)已編了一個(gè)在F-22投入使用時(shí)，很可能不再生產(chǎn)的400多個(gè)部件的目錄，以便用購(gòu)買零件的生產(chǎn)線和插入新技術(shù)等方法來解決這個(gè)問題。

　　洛克希德#馬丁/波音已為改進(jìn)F-22的CIP制訂了一個(gè)發(fā)展規(guī)劃，這個(gè)計(jì)劃準(zhǔn)備引入民用技術(shù)來代替已經(jīng)停產(chǎn)的零件，并利用民用航空電子設(shè)備的迅速發(fā)展來提高性能。其第一步稱為CIP 2000，將增加存儲(chǔ)容量和可靠性，同時(shí)減輕重量和降低費(fèi)用。CIP2000將保留現(xiàn)有的1960處理器，但將引入開放系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線及3伏電源，以允許以后采用民用處理器。CIP 2000將由CIP 2005來取代，后者簡(jiǎn)單地通過在F-22的CIP機(jī)架中更換插入模塊來實(shí)現(xiàn)。

　　JSF使軍方在轉(zhuǎn)向以COTS為基礎(chǔ)的航空電子設(shè)備方面走到登峰造極的地步。為JSF航空電子設(shè)備規(guī)定的四大指標(biāo)是：負(fù)擔(dān)得起，性能，可改進(jìn)性和重新使用能力。JSF項(xiàng)目的管理人員試圖扭轉(zhuǎn)航空電子設(shè)備成本在飛機(jī)總成本中所占比例不斷上升，即從F-4的12%上升到F-18的30%的發(fā)展勢(shì)頭。JSF航空電子結(jié)構(gòu)將在各方面盡最大可能采用COTS技術(shù)，包括處理和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是降低成本，將采用網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，以增加應(yīng)用軟件及某些硬件的可移植性和擴(kuò)充能力，以便應(yīng)用于另一些飛機(jī)。采用COTS和開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是增加軟件的壽命，使系統(tǒng)不受硬件技術(shù)過時(shí)的影響，而且容易改進(jìn)。采用這種技術(shù)允許在研制周期更晚的時(shí)候作出如何實(shí)現(xiàn)處理機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的決定，以便更多地采用最新技術(shù)，降低壽命期研制費(fèi)用。

　　洛克希德#馬丁公司聲稱它已獲得技術(shù)突破，可幫助美國(guó)空軍對(duì)付F-22和其他軍用飛機(jī)的電子零件過時(shí)問題。數(shù)字元件的商業(yè)壽命可能只有18個(gè)月，而采用這些元件的武器系統(tǒng)的壽命有幾十年。零件過時(shí)的問題增加了系統(tǒng)的運(yùn)行和保障費(fèi)用，約為整個(gè)壽命期投資的三分之二。洛克希德#馬丁的技術(shù)革新通過采用協(xié)調(diào)的工具和電子規(guī)范，首先用仿制的樣件更換過時(shí)的機(jī)載印刷電路組件，公司估計(jì)這種仿制更換將在今后一二年內(nèi)降低維修費(fèi)用10%~15%。這種使用建模和仿真技術(shù)重新設(shè)計(jì)過時(shí)的電子裝置的方法，不僅可用于F-22，還可用于JSF。用于研制樣件的過程基于VHSIC硬件描述語(yǔ)言（VHDL）模型，代替過時(shí)的印刷電路板的樣件研制出來之后，就對(duì)這個(gè)樣件對(duì)照原先過時(shí)的印刷電路板在虛擬研制環(huán)境中采用商用的軟件和硬件進(jìn)行符合性測(cè)試。在這種仿真環(huán)境中，對(duì)過時(shí)硬件的重新設(shè)計(jì)將主要采用現(xiàn)代元件技術(shù)。由于設(shè)計(jì)是按照電子規(guī)范進(jìn)行的，重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用可大為節(jié)省。

　　仿制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，重新設(shè)計(jì)的電子裝置的嵌入軟件和保障設(shè)備可保持不變，故不需要重新開發(fā)軟件和保障設(shè)備，這樣就節(jié)省了費(fèi)用。美國(guó)空軍與洛克希德#馬丁公司已簽訂一個(gè)用于傳統(tǒng)電子裝置的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境（VDELE），VDELE采用目前的技術(shù)克服了過時(shí)問題。

　　洛克希德馬丁公司已用VHDL語(yǔ)言來嚴(yán)格描述F-16外掛管理系統(tǒng)（SMS）中已停產(chǎn)電路板的外形、安裝和功能，并將它仿制出來以后進(jìn)行驗(yàn)證。

　　航空電子結(jié)構(gòu)向集中式方向發(fā)展

　　航空電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從集中、分布又到集中的過程。60年代末以前，機(jī)載計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，因此各個(gè)航空電子系統(tǒng)都直接連接到用于導(dǎo)航和武器瞄準(zhǔn)的中央任務(wù)計(jì)算機(jī)。從70年代初的F-16開始，較便宜的計(jì)算機(jī)和MIL-STD-1553數(shù)據(jù)總線的出現(xiàn)，使處理和功能分布開來成為可能，因此整個(gè)系統(tǒng)可分解為一些確定的子系統(tǒng)，并以離散的外場(chǎng)可更換部件（LRU）來實(shí)現(xiàn)。這意味著用戶必須保持很大的備件庫(kù)存，而且不能通過較長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)來降低成本。

　　美國(guó)的0寶石柱0和0寶石臺(tái)0及英國(guó)的先進(jìn)航空電子結(jié)構(gòu)和組裝（A3P）這些研究計(jì)劃發(fā)展了新的集中式結(jié)構(gòu)，即綜合模塊式航空電子（IMA）結(jié)構(gòu)，其中的處理、存儲(chǔ)和接口模塊被用于支持多種功能。因此各個(gè)傳感器不需采用專用的信號(hào)與數(shù)據(jù)處理機(jī)，雷達(dá)、通信和其他信號(hào)的處理由共用的處理機(jī)陣列來完成。

　　F-22的公共綜合處理機(jī)（CIP）應(yīng)用了0寶石柱0計(jì)劃的研究成果。CIP是由種類有限的機(jī)架安裝的外場(chǎng)可更換模塊（LRM）組成的，不僅為雷達(dá)、通信導(dǎo)航識(shí)別（CNI）、光電（EO）和電子戰(zhàn)子系統(tǒng)提供信號(hào)與數(shù)據(jù)處理，而且還用于傳感器和飛行器信息的綜合，以便在顯示器上顯示，使信息容易為單個(gè)飛行員所讀取。CIP中具有足夠的備用槽，可通過增加模塊來增加功能。CIP是休斯公司研制的，功能很強(qiáng)，一臺(tái)CIP的計(jì)算能力接近兩臺(tái)Cray巨型計(jì)算機(jī)。每架F-22上將裝兩臺(tái)CIP，并備有以后裝第3臺(tái)CIP的空間、功率和冷卻裝置，以應(yīng)付未來對(duì)處理需求的增長(zhǎng)。

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　　JSF航空電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用了0寶石臺(tái)0計(jì)劃的成果，其綜合程度又進(jìn)了一大步，不僅綜合處理部分，而且還對(duì)傳感器部分進(jìn)行綜合。JSF航空電子系統(tǒng)的心臟是綜合核心處理機(jī)（ICP）。它基本上與F-22的CIP相似，采用一種液冷的機(jī)箱，內(nèi)裝插入式公共模塊。ICP約占JSF航空電子系統(tǒng)總成本的 1/4，故強(qiáng)調(diào)采用民用標(biāo)準(zhǔn)和民用元器件，以便生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)上負(fù)擔(dān)得起的數(shù)字處理機(jī)。

　　ICP為一種采用商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其軟件和硬件可在JSF的不同型別中以及其他飛機(jī)中重新使用。它還需要支持?jǐn)?shù)據(jù)融合和信息管理，因而從機(jī)上傳感器得到的信息可由機(jī)外來源得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行支持。

　　休斯飛機(jī)公司和諾斯羅普#格魯門公司正在研究降低JSF射頻（RF）部分的成本。在多功能綜合RF系統(tǒng)（MIRFS）驗(yàn)證合同下，這兩家公司的每一家將試飛一個(gè)機(jī)頭安裝的能完成雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信功能的電子掃描陣。

　　JSF低頻段RF系統(tǒng)將用一組較少的共用孔徑來代替目前飛機(jī)上的許多天線。它們將包括已在F-22上使用的那些高增益、前沿和后沿天線，在水平面中提供盡可能高的靈敏度和分辨率。通信和識(shí)別最好采用靈巧蒙皮（Smart Skin）天線。

　　JSF的光電系統(tǒng)方案將由美海軍的0共用孔徑傳感器系統(tǒng)0（SASSY）計(jì)劃發(fā)展而來，用一組孔徑傳感器完成以下三種器件的功能，前視紅外（FLIR）系統(tǒng)，遠(yuǎn)距紅外搜索與跟蹤（IRST）系統(tǒng)以及白天幫助駕駛員目視識(shí)別飛機(jī)的電視攝像機(jī)系統(tǒng)（TCS）。SASSY計(jì)劃演示了一種采用單個(gè)480@680像素紅外焦面陣（FPA）的多功能系統(tǒng)樣機(jī)。

　　雖然集中式處理有其優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)，專家們提出，采用集中式處理，所有傳感器和作動(dòng)器輸入都必須送到一個(gè)中央地點(diǎn)進(jìn)行處理，這意味著要用很多導(dǎo)線束， 這就必須采用光纖來傳輸信號(hào)，而且對(duì)于許多功能，在天線附近做模-數(shù)轉(zhuǎn)換和處理，再經(jīng)過數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送信息更好。盡管一度曾要求必須把處理部件組裝得很靠近以得到快速數(shù)據(jù)吞吐量，但對(duì)于今天的點(diǎn)至點(diǎn)總線和網(wǎng)絡(luò)，如SCI，就不必再這樣做，因?yàn)楝F(xiàn)在的系統(tǒng)很少有達(dá)不到50納秒的總路線延遲（等待）要求。

　　因此盡管集中式結(jié)構(gòu)是今后航空電子設(shè)備發(fā)展的主流，但并不認(rèn)為航空電子界會(huì)完全不用分布式結(jié)構(gòu)。今后幾年航空電子的最大市場(chǎng)之一是改進(jìn)現(xiàn)有飛機(jī)的電子設(shè)備，如F-15、F-16和F-18等可能采用集中和分布混合式結(jié)構(gòu)。