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浅析军用嵌入式计算机的发展

来源:国泰君安 2015-11-27 09:50:00打印

作者:冯倩


一、军用嵌入式计算机定义

计算机在武器装备系统中分为军用嵌入式计算机和军用通用计算机两种类型。军用嵌入式计算机是指以插件或芯片形式嵌入到武器装备或武器装备系统的内部,智能地完成武器系统功能的专用计算机。此类计算机具有体积小、重量轻、功耗低、适应工作环境能力强、实时性强、可靠性强等特点,即通常以芯片、模板组件或控制器等形式埋藏于武器内部,以机箱形式表现出来,执行一种或多种特定任务,主要应用于武器控制、指挥控制和通信系统、仿真作战与保障系统中。


二、军用嵌入式计算机发展历史及应用范围

嵌入式计算机广泛应用于军事化领域,主要为一方面军事化作战需要武器装备更精确、更可靠,因此需要将计算机的功能更多嵌入到武器装备中,从而使武器装备更加智能化;另一方面科技的发展可以使计算机更小、更轻、更方便地嵌入到武器装备中。简言之,军用嵌入式计算机的发展是由“需求牵引、技术推动”促使计算机技术产生两极分化,出现了从“自成系统,各自为战”转变为“嵌为一体,紧密融合”的情况。

嵌入式计算机系统最早出现在20 世纪60 年代,主要应用于武器控制系统之中,后来逐步扩大至用于军事指挥控制和通信系统,现在则广泛地用于军民两用的机电一体化产品和工业自动化控制系统中,主要用于处理与控制各种信号。例如用于军用各种武器控制、坦克、舰艇、轰炸机等陆海空三军的各种军用电子装备,雷达、电子对抗等军事通信装备,野战指挥作战用的各种专用设备等。军用嵌入式系统在第一次海湾战争到最近的阿富汗战争和伊拉克战争中都有广泛地应用。

目前,嵌入式计算机系统已在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用,用于企业、军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所。嵌入式计算机在军用领域应用如下:

    1、嵌入式低价格惯性导航系统(Embedded low cost inertial navigation system,INS)。INS 使用惯性测量部件(IMU)、数字罗盘、GPS 和嵌入式计算机系统。INS能够连续估计作战平台的位置与方向。传统与典型的IMU 是十分昂贵的系统,然而,如果INS 采用低价格的组件,则低的价格带来低的性能,这就是惯性导航系统常常必须包括GPS、罗盘与卡曼滤波器的主要原因。然而,发展中的嵌入式系统则是将导航的重大综合体融合在一起。结果是呈现出整个系统具有突出的工作优点和多面性的应用,而且价格十分便宜。

    2、美国陆军作战指挥系统中的“21 世纪”旅及旅以下战斗指挥系统(Force XXI Battle Command Brigade-and-Below,FBCB2)。该系统将给从旅到旅以下最低级别的战术单位(班)提供战场态势和指挥控制。该系统主要包括5个部分:特种用途的嵌入式计算机系统、数字化部队指挥软件系统、“嵌入式”位置定位导航装置(Embedded Position-Navigation,POSNAV)和报告系统、全球通信系统接口和数字化部队战斗识别环境。此外,还有一种“改良的数据调制解调器”(Improved Data Modem,IDM)。该装置主要用于通信和目标系统里面。IDM 在陆海空三军装置中都有应用。典型的应用是将其嵌入到陆军21世纪部队旅及旅以下系统的软件里面去。

    3、武器试验数据采集与实时处理系统。军队靶场承担着三军各种新型武器系统的试验与评估任务,目的是为了检验新型武器系统或装备的设计性能指标是否达到预期的设计要求。衡量武器装备的性能指标能否达到要求,而使用试验数据给予证明。试验数据采集设备的任务就是要完成对被试品输入输出参数和部分中间运算结果的采集。为了实现武器装备系统试验数据的实时采集和实时处理,舰载武器系统试验数据采集与实时处理系统的软、硬件均可以采用嵌入式技术。

  

三、军用嵌入式计算机未来发展趋势

    1、体积更小、 重量更轻、性能更高

美军未来部队装备转型将趋于轻型化和微型化,易于部署,因此嵌入式计算机在武器装备里面能够利用的空间是十分有限的。这就要求设计者必须减小嵌入式计算机的体积,减轻其重量,同时必须不断提高其性能来满足日益增长的需要。为此,超高速微处理机的电路板设计,高可靠性/高组装密度的通用模块化设计与组装技术,人工智能技术,并行处理技术等关键技术正在不断开发。模块化设计基于低成本,商用现货,互用和重复使用的硬件和软件模块,可大大降低成本,提高产品性能。新的嵌入式计算机基本都采用了整体中央模块设计。系统级芯片由于可在单片上实现全电子系统的集成,具有信号采集、转换、存储、处理及输入/输出等功能,植入嵌入式软件的系统级芯片, 能够降低成本、缩小产品体积、提高产品的可靠性,因此已被称为“未来嵌入式计算机”的基础。

2、实现武器装备的网络化

未来战争将会是网络化的战争, 任何武器作战人员都可能是网络中的节点,因此嵌入式计算机在未来战场上是无处不在的。无论是在外层空间,还是天地一体化联网,最终都是通过信息手段实现嵌入式计算机联网。分布式的嵌入计算机联网后,将发挥战斗力“倍增器”的作用,在战场侦察,环境监控,人员与装备定位,人员健康状况监控,战场人员访问信息及部队防护等诸多方面都要比目前的计算机强大得多。

   3、武器装备将会更加智能化

美军目前推广的通用访问卡,就是使用嵌入式计算机芯片的智能识别卡,能够对访问军用计算机网络和系统的人员进行识别和授权。未来,嵌入式计算机将更加智能化和自动化。

4、软件功能将会更加强大。

未来嵌入式软件的功能将越来越强大,执行的功能将越来越多。如美军第二代战斗机 F-111 的航空电子系统功能有 20%是通过软件实现的,武器装备的功能将会越来越多的由软件实现的。

    

综上所述,武器装备已经进入到“嵌入式”时代了!为了继续扩大与发展中国家在技术上的“时代差”,美军明显地在嵌入式技术的研究和应用方面走在了世界各个国家军队的前面,这就给我军新时期军事斗争准备和未来作战带来了巨大压力,使得尽快地消除“时代差”成了中国国防和中国军队建设面临的最大问题。嵌入式系统将会成为振兴我国武器装备的突破口。因而,了解、熟悉和掌握军用嵌入式系统与技术的发展变化,并为我所用的意义十分深远。


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