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摘 要：军用芯片级集成微系统（以下简称微系统）的感知能力、带宽、速度将比目前的电子系统提高100倍以上，体积、重量和功耗将比目前的电子系统下降100倍，这将极大地提高武器系统的功能、机动性和隐蔽性，并将催生武器系统的变革，实现平台武器作战向网络中心战转变，将进一步改变战争形态。
关键词：微系统;电子战接收机;应用
前言
微系统技术融合了微电子、微机电和微光电技术，通过系统架构和软件算法，将微传感器、微控制器、微执行器、微能源及各种接口等构成一体化软、硬件多功能集成，采用微纳制造及微集成工艺实现系统结构的微纳尺度化。它被公认为21世纪的革命性技术之一。微系统具有高集成度、微小型化、低功耗、高可靠性、高效率等优点。微系统技术上的新材料、新方法、新工艺等技术变革必将对军民两用的系统研发和制造带来颠覆性影响。
1 航天微系统相关技术综述
SoC技术是指利用软硬件联合设计以及大规模集成电路的设计技术，在一块芯片上同时集成了微处理器、总线接口和存储器等数字以及模拟IP，完成系统功能的构建。该技术有利于改善系统结构，使之微型化，从而质量和能耗均降低，同时拓宽了系统的数据带宽，总线吞吐率和运行速率提升。我国的SoC技术处于试验验证阶段，美国多个空间项目已经应用了此项技术，例如美国的X-2000计划，就是以SOAC技术实现了电源、通信、传感器等模块的集成，使系统微型化，质量和功耗均降低。
ASIC技术是依据系统的特定需求而设计的集成电路，具有结构紧密、反应灵敏、功耗低等特点，ASIC应用于航天系统可明显提高系统可靠性和抗辐射性，但其研制费用较高。ASIC技术在国外航天领域已有较为成熟的使用经验，国内也有一定的应用。
HIC技术融合了半导体技术与膜集成技术，它主要是利用膜集成等技术再次对设计好的集成电路进一步集成，通过膜工艺解决系統连线和散热问题，提高了系统的组装密度、电性能和可靠性。HIC技术在射频微波电路设计中应用较多，国外对该技术的应用较为成熟，我国仍处于研制阶段。
MMIC是一种针对微波和射频电路集成设计的技术，它是可以执行完整功能的微波集成电路，该技术就是将无源器件、微波有源器件以及传输线、互连线等集成到同一半导体基片中。MMIC技术可以提高系统的稳定性和抗干扰能力，也有利于系统的小型化。该技术较成熟，在通信系统、导航系统和遥感等方面广泛应用。
2 微系统技术的应用
2.1 导弹武器系统上的应用
在导弹武器系统中采用系统级封装或片上系统技术实现了功能整合，信息传输长度大大缩减，延迟显著降低，对付高速高机动目标具有重要的意义。这些采用了微系统技术的小型化武器都能实施机动、精确打击，并能缩小杀伤范围，降低战场附带损伤。美欧日等国家处在微系统技术发展的前沿，在导弹武器系统研制上已大量采用微系统技术，尤其在小型化导弹方面有大量应用。典型的有美国的“长钉” 导弹，采用激光制导，是一种可装备无人机的新一代多兵种、多平台超小型导弹，具有“发射后不管” 的特点，弹径56 mm、发射质量仅2.4kg、最大射程为3.2 km。英国泰勒斯公司的轻型多用途导弹（LMM），以两级固体火箭发动机为推进系统、INS / GPS 导航，发射质量13 kg、最大射程8 km，用以打击海陆空多种目标。美国洛马公司的激光制导子弹，弹径仅为12.7mm，弹长仅10.16 cm，适合于普通点50 口径的枪族武器，且飞行时能自动调整方向，像微型导弹一样集中瞄准1.6 km 以外的目标。QN-202 微型导弹由中国高德红外有限公司研制，2018 年珠海航空航天展展出，长度只有60 cm，弹口直径有6 ～ 8 cm，射程为2 km，重约1.2 kg，采用红外成像制导系统，能自动搜索和跟踪目标，实现“发射后不管”。这个单兵便携式导弹发射系统由一个7.5 kg 的背包和导弹发射器组成，背包一般可以装载6 枚导弹。3.2 雷达应用美国的F-15、F-16 战斗机的相控阵雷达中都用到MMIC。MMIC 还在精确制导等灵巧武器和军事通信中得到广泛应用，其优越性在海湾战争中得以体现。美国DARPA（美国国防高级研究计划局）的“用于雷达上可重构收发机的扩展型毫米波体系架构” 和“三维微电磁射频系统” 两个项目，主要研究了微系统器件的3D 层叠架构和3D 加工技术。目前，雷达系统中的有源电路、天线、滤波器等部件已利用SOC 和SOP 技术来实现。对于体积较小的部件或雷达系统，通过3D 微加工实现一体化成型已是未来趋势。美国军方已将GaN 器件应用于新的雷达系统。军工企业如雷声公司、洛克希德·马丁公司等，都在将现有雷达系统中的GaAs 器件更换成GaN 器件。美国新一代“空间监视系统” 采用了GaN 器件。“阿利·伯克” 级驱逐舰上的雷达系统主要T /R 组件采用GaN 替代GaAs，功率密度、耐压和耐电流特性及热传导效率都有极大提升。
2.2 电子战应用
美国战略与国际研究中心发布《国防2045：为国防政策制定者评估未来的安全环境及影响》报告，提出先进计算技术/ 人工智能、3D 打印、合成生物学与性能增强、机器人、纳米技术与材料科学五大颠覆性技术。为了应对复杂多变的电磁环境干扰，美国海军已启动“下一代干扰机（NGJ）研发计划”，将采用GaN 组件有源电扫阵列天线，大幅提高发射功率和抗干扰效果，可与EA-18G 电子战飞机的机载电子设备实现无缝集成，提高美海军的全频谱抗干扰能力。多功能芯片和多功能基板等微系统集成，已应用于实际的电子战接收机架构中。
结束语
微系统技术在航天领域发挥着巨大作用，大力发展微系统技术可促进航天事业的发展。尽管我国在微系统技术方面的研发相比西方航天强国来说才刚刚起步，但只要沿着一条正确的发展道路，依靠科学的发展规划，我国的微系统技术必然会有一个明亮的发展前景。
参考文献
[1]周庆瑞，孟松，宋坚等.航天微系统技术综述[J].航天器工程，2014，23（04）：84-91.
[2]张国强，孙琼阁，辛燕.微系统光学检测技术及航天应用[C].全国光学测试学术交流会，2016.
关键词：微系统;电子战接收机;应用
前言
微系统技术融合了微电子、微机电和微光电技术，通过系统架构和软件算法，将微传感器、微控制器、微执行器、微能源及各种接口等构成一体化软、硬件多功能集成，采用微纳制造及微集成工艺实现系统结构的微纳尺度化。它被公认为21世纪的革命性技术之一。微系统具有高集成度、微小型化、低功耗、高可靠性、高效率等优点。微系统技术上的新材料、新方法、新工艺等技术变革必将对军民两用的系统研发和制造带来颠覆性影响。
1 航天微系统相关技术综述
SoC技术是指利用软硬件联合设计以及大规模集成电路的设计技术，在一块芯片上同时集成了微处理器、总线接口和存储器等数字以及模拟IP，完成系统功能的构建。该技术有利于改善系统结构，使之微型化，从而质量和能耗均降低，同时拓宽了系统的数据带宽，总线吞吐率和运行速率提升。我国的SoC技术处于试验验证阶段，美国多个空间项目已经应用了此项技术，例如美国的X-2000计划，就是以SOAC技术实现了电源、通信、传感器等模块的集成，使系统微型化，质量和功耗均降低。
ASIC技术是依据系统的特定需求而设计的集成电路，具有结构紧密、反应灵敏、功耗低等特点，ASIC应用于航天系统可明显提高系统可靠性和抗辐射性，但其研制费用较高。ASIC技术在国外航天领域已有较为成熟的使用经验，国内也有一定的应用。
HIC技术融合了半导体技术与膜集成技术，它主要是利用膜集成等技术再次对设计好的集成电路进一步集成，通过膜工艺解决系統连线和散热问题，提高了系统的组装密度、电性能和可靠性。HIC技术在射频微波电路设计中应用较多，国外对该技术的应用较为成熟，我国仍处于研制阶段。
MMIC是一种针对微波和射频电路集成设计的技术，它是可以执行完整功能的微波集成电路，该技术就是将无源器件、微波有源器件以及传输线、互连线等集成到同一半导体基片中。MMIC技术可以提高系统的稳定性和抗干扰能力，也有利于系统的小型化。该技术较成熟，在通信系统、导航系统和遥感等方面广泛应用。
2 微系统技术的应用
2.1 导弹武器系统上的应用
在导弹武器系统中采用系统级封装或片上系统技术实现了功能整合，信息传输长度大大缩减，延迟显著降低，对付高速高机动目标具有重要的意义。这些采用了微系统技术的小型化武器都能实施机动、精确打击，并能缩小杀伤范围，降低战场附带损伤。美欧日等国家处在微系统技术发展的前沿，在导弹武器系统研制上已大量采用微系统技术，尤其在小型化导弹方面有大量应用。典型的有美国的“长钉” 导弹，采用激光制导，是一种可装备无人机的新一代多兵种、多平台超小型导弹，具有“发射后不管” 的特点，弹径56 mm、发射质量仅2.4kg、最大射程为3.2 km。英国泰勒斯公司的轻型多用途导弹（LMM），以两级固体火箭发动机为推进系统、INS / GPS 导航，发射质量13 kg、最大射程8 km，用以打击海陆空多种目标。美国洛马公司的激光制导子弹，弹径仅为12.7mm，弹长仅10.16 cm，适合于普通点50 口径的枪族武器，且飞行时能自动调整方向，像微型导弹一样集中瞄准1.6 km 以外的目标。QN-202 微型导弹由中国高德红外有限公司研制，2018 年珠海航空航天展展出，长度只有60 cm，弹口直径有6 ～ 8 cm，射程为2 km，重约1.2 kg，采用红外成像制导系统，能自动搜索和跟踪目标，实现“发射后不管”。这个单兵便携式导弹发射系统由一个7.5 kg 的背包和导弹发射器组成，背包一般可以装载6 枚导弹。3.2 雷达应用美国的F-15、F-16 战斗机的相控阵雷达中都用到MMIC。MMIC 还在精确制导等灵巧武器和军事通信中得到广泛应用，其优越性在海湾战争中得以体现。美国DARPA（美国国防高级研究计划局）的“用于雷达上可重构收发机的扩展型毫米波体系架构” 和“三维微电磁射频系统” 两个项目，主要研究了微系统器件的3D 层叠架构和3D 加工技术。目前，雷达系统中的有源电路、天线、滤波器等部件已利用SOC 和SOP 技术来实现。对于体积较小的部件或雷达系统，通过3D 微加工实现一体化成型已是未来趋势。美国军方已将GaN 器件应用于新的雷达系统。军工企业如雷声公司、洛克希德·马丁公司等，都在将现有雷达系统中的GaAs 器件更换成GaN 器件。美国新一代“空间监视系统” 采用了GaN 器件。“阿利·伯克” 级驱逐舰上的雷达系统主要T /R 组件采用GaN 替代GaAs，功率密度、耐压和耐电流特性及热传导效率都有极大提升。
2.2 电子战应用
美国战略与国际研究中心发布《国防2045：为国防政策制定者评估未来的安全环境及影响》报告，提出先进计算技术/ 人工智能、3D 打印、合成生物学与性能增强、机器人、纳米技术与材料科学五大颠覆性技术。为了应对复杂多变的电磁环境干扰，美国海军已启动“下一代干扰机（NGJ）研发计划”，将采用GaN 组件有源电扫阵列天线，大幅提高发射功率和抗干扰效果，可与EA-18G 电子战飞机的机载电子设备实现无缝集成，提高美海军的全频谱抗干扰能力。多功能芯片和多功能基板等微系统集成，已应用于实际的电子战接收机架构中。
结束语
微系统技术在航天领域发挥着巨大作用，大力发展微系统技术可促进航天事业的发展。尽管我国在微系统技术方面的研发相比西方航天强国来说才刚刚起步，但只要沿着一条正确的发展道路，依靠科学的发展规划，我国的微系统技术必然会有一个明亮的发展前景。
参考文献
[1]周庆瑞，孟松，宋坚等.航天微系统技术综述[J].航天器工程，2014，23（04）：84-91.
[2]张国强，孙琼阁，辛燕.微系统光学检测技术及航天应用[C].全国光学测试学术交流会，2016.