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中国雷达不行就是被它卡脖子,如今换国产后突飞猛进
2017年10月18日 14:55 标牌产业网

    最近南京熊猫所(代号中电14所)在北京举行的第三届军民融合发展高技术装备成果展览暨论坛,展出了联合清华大学、龙芯中科等单位研发的华睿DSP芯片。

    虽然并不起眼,但这款小小的芯片,却结束了中国国产雷达长期依赖进口DSP芯片的历史。

    这么一个小小的芯片,却承载了我国雷达电子的重中之重,采用了多核多线程技术,达到世界先进水平

    DSP芯片,学名数字化信息处理芯片,是一种特殊的芯片,专门用于处理各种信号比如雷达红外无线电信号的利器,现在的先进雷达都采用了数字化部件,软件化设计,这是一个必需品,比如手机芯片。

    华睿1号是我国自主研制的一款4核微处理器,该处理器内部集成了矢量处理部件,扩展了包含快速傅里叶变换(FFT)蝶形运算指令在内的矢量指令集,具有很强的FFT运算和数字脉压处理能力。在嵌入式实时操作系统下的实测表明华睿1号单核处理1 024个单精度浮点复数FFT和数字脉压的运算时间分别为6.12μs和15.36μs,采用多线程FFT并行处理技术后,4核加速比可达3倍以上,满负荷功耗仅10 W,总体性能优于国内外同类处理器,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。

  性能达到国际先进水平

    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 性能明显优于飞思卡尔公司的MPC8640D、ADI 公司的TS201 和美国德州仪器公司的C6701。根据南京电子技术研究所的研究显示:华睿1号总体性能优于国内外同类处理器,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。

    正是因为华睿1号优异的性能,这款DSP已经成功应用于十四所十多型雷达产品中,创造了国产多核DSP芯片产品应用的“三个之最”:雷达装备应用型号最多、单台套应用数量最多和总应用数量最多(这个消息暗示,国产最先进歼20雷达应该也使用了这一款芯片)。

    在华睿1号取得成功之后,中国电科十四所再接再厉,成功研制出华睿2号,华睿2号是在实现华睿1号基本功能的前提下,进一步改进了专用指令和向量运算单元,同时加入了可重构的运算核,更高效地面向专用领域的计算,在通用的基础上更偏向专通结合。目前,华睿2号还在调试中,据小道消息,多型新装备将采用华睿2号DSP。除了已经研发成功的华睿1号和华睿2号之外,14所正在研发华睿3号,让我们一起期待华睿2号大量应用和华睿3号研发成果的好消息。

    之前国产雷达用的DSP都是进口的,进口只有中低端,性能低不说,而且外国厂家里面藏了很多后门,极其危险,稍不注意,就可能发生严重泄密或者被干扰或者睁眼瞎的结果。

    DSP芯片的优势:

    这是一种高效的信号处理专用芯片,比普通通用芯片快很多倍,所以大家都用它搞雷达信号,红外信号,电视信号等等。

    快速傅立叶变换FFT是雷达信号处理的重要工具。DSP内部的硬件乘法器、地址产生器(反转寻址)和多处理内核,保证DSP在相同条件下,完成FFT算法的速度比通用微处理器要快2到3个数量级。因此,在雷达信号处理器中,大量采用DSP完成FT/IFFT,以实现信号的时-频域转换、回波频谱分析、频域数字脉冲压缩等。

    FIR滤波器是雷达信号处理中常用设计之一。在动目标指示(MTI)或动目标检测(MTD)中,采用FIR滤波器可以滤除杂波干扰,提高信杂比,而通过恒虚警处理(CFAR)完成目标的检测。在机载多普勒雷达中,为了抑制地杂波的干扰,采用了复杂的自适应滤波器组。在阵列信号处理以及波束形成中,进行数据 校正及加权系数计算和控制,均需要大量的复数运算。

    这些复数加权滤波器、多普勒滤波器组或者矩阵运算都是复信号的乘法累加运算,可根据不同算法的需要,采 用DSP进行灵活编程实现。

    上面这些都是比较专业的词汇,简单解释几句。

    之前没有DSP的时候,飞机雷达功能和指标很差,尤其是抗干扰和对付杂波能力,很差,简单点说就是,低空偷偷摸摸的飞过来,雷达很难发现,而且对付敌人的电子干扰极其的困难。

    以下是技术问答:由某资深电子专家提供技术支持,帮助大家理解DSP芯片的重要意义。

    问:雷达信号处理用dsp,有和没有有啥区别?

    答:有跟没有是本质区别,拿音响比的话,没有就是个模拟收音机,有的话就是杜比高保真。

    问:我想知道,美帝雷达这个DSP能比毛熊的玩野好多少?

    答:基本无可比性。

    问:用了这个东西,雷达的发现距离和分辨率会大幅度提升吧?

    答:不能光用音量大小衡量音响质量。毛熊的玩野太粗糙。俄罗斯的雷达电子设备像那种广场舞用廉价音响,除了声音大没有啥好处。美国的的设备精细太多了。用了DSP不只是距离和分辨率,对复杂情况的处理要强太多。

    问:DSP质量高和质量低有啥区别?

    答:雷达DSP本质上是实现算法的。DSP不行,用的算法就不灵,就是个广场舞机的效果,只能大概听个声音,别的一概木有,你的DSP牛逼,用的算法就可以牛逼,就有蔡琴老师站在面前表演的现场感。

    问:这些和雷达硬指标有啥直接关系嘛?

    答:你打算用音响放的声音里听出现场感不?想知道蔡琴老师究竟在哪个角落不?请上牛逼音响,不然就是靠得很近了才知道,哦大概在这里。

    问:这么说的话,俺感觉可以说,分辨率更高?

    答:毛熊雷达吹的数字很牛逼,但实际使用的距离并没有那么好。

    没错,俄罗斯雷达特别烂,大部分都是简单的靠加大功率搞的,要是对方放干扰的话,美国雷达不太怕,还可以反过来抓。毛熊遇到干扰,屏幕精彩的就一片雪白,反隐身也是一样。

    俄罗斯粗大的2个干扰大雪茄,现在看来已经完全out了,遇到先进的DSP雷达,完全无视之

    问:这个是啥意思?抗干扰能力更牛逼了?

    答:对方的隐身机可能也会露点行踪,然而毛熊雷达直接当噪音去掉了。

    对,可以精细分辨真信号和干扰,不会一通全抓。

    问:能不能这么理解,美国雷达用了先进的DSP芯片后是不是做的更精细,捕鱼筛子更细了?

    答:嗯,还能智能化,超强纠错。

    问:有啥内涵?智能化 和纠错?

    答:一般的应答式干扰就木用了,因为可以分辨出来,何况鹅毛还是阻塞式干扰,更加无用。

    问:直接过滤掉?

    答:嗯。(毛熊国无敌大功率的干扰机和干扰台,前景堪忧啊)。有牛逼DSP就可以做很牛逼的算法,把噪音和干扰都去掉,客观世界是很复杂的,充满了无数的噪音和杂波,你的雷达是在认识这个客观世界,所以你的算法也要相应地够复杂。

    毛熊的的技术不够给力,那就只有简单粗暴。

    问:最后请解释一下快速傅立叶变换的意义。算出目标的距离,速度方位?

    答:那个是信号处理的基础,不是那么简单,相当于普通CPU做加减乘除,最基础的计算操作,做的越快处理的容量越大就越牛逼。

    问:我粗浅的理解就知道数字化部件,把雷达波转换为数字信号,然后采样,出来用dsp一通蹂躏。

    这个是时域到频域的转换,蹂躏的过程就是算法实现的过程,大概相当于沙里淘金。

    问:就是排除干扰找到真凶?

    对。

    简单总结:用了DSP,吃饭就是香。

    过去都是用外国的低端货凑合,现在我们能自主制造高端货了,加油中国!

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