J20火控雷達的性能（下）| J20 VS F22 專題_風聞

      關於J20的火控雷達，我們上一次討論了收發組件、散熱、及供電技術問題。關於供電問題，有人認為實現不了。其實電源技術實在不是多難解決的問題。以F35為例，採用了高壓直流發電機，可以提供270V高壓直流供電，功率250KW。發電機重不足60公斤。以WS15發動機為例，其循環功率為27MW。提取250KW功率也只佔總功率的1%都不到，即使考慮發電效率問題，影響也很小。對J20來説，兩台發動機可以配兩台發電機，可以提供500KW的總功率，給雷達提供200KW的供電都不是問題。以J20雷達天線的口徑，安裝2200個收發組件毫無壓力。即使不按國內最高記錄單個功率器件119瓦計算，打個對摺，按60瓦計算，2200個收發組件，雷達總功率也有132KW。供電綽綽有餘，甚至可以給激光武器上機留點餘地。四五年前，國內就有報道，為某飛機研製的高壓直流主/輔電源系統，突破了系統電壓瞬變、高速電機結構、冷卻、油路設計及發電機控制器寬轉速範圍的調壓設計等關鍵技術，基本達到了與世界先進戰機同等的技術水平。由此可見，電源根本就不是個什麼問題。

     對於數字陣列雷達，還有一項關鍵技術就是數字波束成型技術，簡稱DBF技術。這一項技術國內其實很早就掌握了。1999年國內啓動機動式三座標雷達研製，項目總設計師吳曼青院士決定採用數字波束成型技術，當時世界上公認最先進的三座標雷達採用的是多波束相掃體制，還沒有使用DBF技術的三座標雷達。經過艱苦努力，採用DBF技術體制的機動式三座標雷達在2003年研製成功。被譽為中國地面情報雷達趕超世界先進水平的里程碑式產品。2005年採用這一新技術的雷達即開始向國際市場出口。2006、2007年連續兩年在國際市場簽約達一億美元，打破了美國、法國長期佔領國際雷達市場優勢地位的局面，而西方國家在2007年後才推出DBF體制的三座標防空雷達。20世紀90年代中期，我國雷達技術領軍人物之一吳曼青院士在成功試驗的基礎上，率先提出“數字陣列雷達”概念，並帶領團隊成功研製了國內第一個數字T/R組件及國內首個數字陣列雷達試驗系統。加上國內在2005年之前就已經掌握了大功率的氮化鎵收發組件技術，這些技術整合在一起就是數字陣列雷達。由此可見，我國早已掌握數字陣列雷達技術，並且已經發展得非常成熟。

     前面我們討論了雷達信號的發射與接收。然後，收到的雷達信號還要經過處理才能得到目標的信息。雷達信號處理常用的數學運算為快速傅立葉變換，早期的傅立葉變換是用計算機配合軟件來實現的，效率不高，隨後發展出專門針對這些運算優化的專用芯片，稱為數字信號處理器，簡稱DSP。當然DSP也不是隻用在雷達上，除了雷達、電子戰，在通信、圖像處理、醫療電子、工業機器人等技術領域也有廣泛用途 。

      國內研發的雷達用DSP芯片主要是華睿和魂芯兩個系列。華睿系列DSP芯片由中電14所聯合清華大學、龍芯中科等單位研發。華睿1號採用65nm CMOS工藝，工作主頻為550MHz，處理能力32GFMACS，功耗為10W。就技術指標而言，華睿1號DSP 性能明顯優於同一時期飛思卡爾公司的MPC8640D、ADI 公司的TS201 和美國德州儀器公司的C6701。適用於對實時性要求較高的雷達信號處理和電子對抗等領域。華睿2號為八核異構架構，採用了超標量結構、SIMD向量處理、可重構加速處理等技術，峯值處理能力達到400Gflops，作為參照，目前國外DSP芯片性能最好的是美國德州儀器的TMS320C6678，其峯值性能是160Glops，華睿2號的峯值性能是其2倍有餘。

      魂芯系列DSP芯片由中國電科38所研發。2012年，中國電科38所推出我國自主研發首款實用型高性能浮點通用DSP芯片——魂芯一號， 單核性能超過國際市場上同類芯片性能4倍。併成功應用在我國空警500預警機雷達等多個國防科技裝備上，成為我國首款廣泛應用於國防科技裝備的高端自主數字信號處理器。2018年，中國電科38所又推出了魂芯二號A，採用全自主體系架構，研發歷時6年，突破了控制器設計等多個技術難題，擁有當前業界性能最強的DSP核，實現了對國內外同類產品性能指標的超越。相對於魂芯一號，魂芯二號A性能提升了6倍，通過單核變多核、擴展運算部件、升級指令系統等手段，使器件性能千億次浮點運算同時，具有相對良好的應用環境和調試手段；單核實現1024浮點FFT (快速傅里葉變換)運算僅需1.6微秒，運算效能比德州儀器公司TMS320C6678高3倍，實際性能為其1.7倍，器件數據吞吐率達每秒240Gb。

     從以上情況來看，國內在雷達用DSP芯片方面，多年前就已經是世界一流水平了。數字陣列雷達之後，再往前發展一代，就是軟件定義雷達。魂芯二號A和華睿2號這一級別的DSP芯片已經可以支撐軟件定義雷達的發展了。例如：以魂芯二號A為DSP，配合高速ADC、DAC直接互連，具備相關時序接口，可以實現P波段射頻直採軟件無線電處理形態，也就是説已經可以實現軟件定義雷達的功能了。當然，對於更短的波段需要DSP提供更強大的計算能力。由此可見，這些世界領先水平的DSP芯片已經為我國雷達技術的進一步發展打下了堅實的基礎。

     至於雷達系統當中用到的另一類重要芯片就是CPU，這方面也有國產產品可用，比如龍芯、飛騰、申威等CPU,而且性能也足夠。空警500用的就是龍芯。即使軟件定義雷達對芯片技術提出更高的要求，國內也能夠解決。國內企業中芯國際今年即將量產14納米工藝，雖説這距離國際最先進技術水平還有不小差距，但對於軍用已經足夠，因為軍用和民用不一樣，技術發展方向並不完全相同。即便是INTEL公司，因為10納米工藝跳票，目前生產CPU用的還是14納米工藝，而且還要再用個兩三年。要知道魂芯二號A 用的是28納米工藝，華睿2號芯片用的是40納米工藝，龍芯3A3000用的也是28納米工藝，如果改成14納米工藝，性能再提高個四五倍完全不是問題。

      綜上所述，國內雷達技術早已經是國際領先水平。J20戰鬥機的火控雷達採用數字陣列雷達技術沒有任何技術障礙。相對於F22和F35戰鬥機的火控雷達，J20戰鬥機的火控雷達在工作體制上領先一代，半導體功率器件領先一代。探測距離上超過F22火控雷達50%以上，已經佔據領先地位。微信公眾號:尖端防務