胡明春

(南京電子技術研究所 南京 210039)

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)場中，為完成不同類型的作戰(zhàn)任務、適應復雜多變的環(huán)境、適配不同的作戰(zhàn)平臺，電子信息系統(tǒng)需滿足積木化、可重構、輕量化、共形化、網(wǎng)絡化、智能化、多功能一體化等要求[1-5]。相控陣系統(tǒng)作為電子信息系統(tǒng)的重要組成部分，經(jīng)歷了無源相控陣、有源相控陣和數(shù)字相控陣等發(fā)展階段，系統(tǒng)自由度顯著增加，作用距離、抗干擾能力、可靠性等性能不斷提升[6]。

然而，在相控陣不斷演進的過程中，戰(zhàn)爭形態(tài)、作戰(zhàn)任務、工作環(huán)境、搭載平臺也發(fā)生了翻天覆地的變化，單純靠射頻前端從無源到有源，再到數(shù)字化的演進路徑無法適應這些變化，相控陣整體架構亟需進行一場全面深刻的變革。開放式系統(tǒng)軟硬件分層解耦、模塊化、標準化、互操作等特點，恰好滿足了相控陣的上述需求，對相控陣技術的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。

2 開放式相控陣概念

2.1 發(fā)展需求

開放式相控陣是電子信息系統(tǒng)適應新型作戰(zhàn)形態(tài)、完成多樣化作戰(zhàn)任務、適應復雜工作環(huán)境、適裝多域作戰(zhàn)平臺的必然需求，同時新興技術的發(fā)展也給開放式相控陣提供了有力支撐。

2.1.1 適應新型戰(zhàn)爭形態(tài)的需要

信息化戰(zhàn)爭時代，開放式相控陣滿足了“看得遠、反應快、打得準”，實現(xiàn)了以信息化戰(zhàn)爭實現(xiàn)對機械化戰(zhàn)爭的降維壓制。在智能化戰(zhàn)爭時代，開放式相控陣將發(fā)揮系統(tǒng)架構和軟硬件開放的特點，廣泛吸收智能硬件、智能模型和智能算法等方面的前沿成果，博采眾長，支持技術更新?lián)Q代，不斷改進擴展功能[7,8]。

2.1.2 完成不同作戰(zhàn)任務的需要

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，開放式相控陣面對的目標在距離、高度、速度、機動性、數(shù)量、信號特征等維度具有較大的差異性[9-12]。開放式相控陣可發(fā)揮硬件積木化可擴展、資源靈活調(diào)度、功能可重構的特點，將可重構貫穿于探測、通信、對抗等不同的功能域，適應目標在不同維度的變化。

2.1.3 適應復雜工作環(huán)境的需要

電子信息裝備面臨的工作環(huán)境多種多樣，不同的工作環(huán)境下面臨的雜波、干擾、氣象、海情等差異巨大[13,14]。開放式相控陣通過環(huán)境感知、射頻重構、處理重構、閉環(huán)控制和迭代反饋來優(yōu)化調(diào)度策略，提升對時變?nèi)蝿蘸铜h(huán)境的自適應能力，實現(xiàn)對環(huán)境的實時最優(yōu)匹配。

2.1.4 適裝多域作戰(zhàn)平臺的需要

開放式相控陣采用模塊化組件，標準化、通用化、互操作性好，功能軟件與硬件解耦，不同平臺可采用相同的模塊和結構，公用性好。開放式相控陣可以利用天線和微系統(tǒng)在輕薄化、共形化、柔性化、高功率、高效率、大帶寬、智能化等領域不斷開發(fā)的最新成果，滿足無人預警機、下一代戰(zhàn)斗機、無人機蜂群、微納衛(wèi)星、高超聲速飛行器、平流層飛艇等新型平臺的應用需求[15-17]。

2.1.5 新興技術為開放式相控陣賦能

微系統(tǒng)技術通過在微納尺度上采用異構、異質(zhì)方法集成，在滿足系統(tǒng)功能的前提下成數(shù)量級地降低整機體積重量，實現(xiàn)更高集成度、更高性能和更高工作頻率[18]；人工智能、大數(shù)據(jù)、并行計算、自適應處理等技術的發(fā)展，大幅提升了電子系統(tǒng)的智能化水平和處理能力[19-22]；軟件無線電等開放式系統(tǒng)的出現(xiàn)，展現(xiàn)了開放式、可擴展、可重構架構的巨大優(yōu)勢，極大地支撐了開放式相控陣的實現(xiàn)[23]。

2.2 概念內(nèi)涵

美國國防部和軟件工程協(xié)會對開放式系統(tǒng)的定義是：“一個開放系統(tǒng)由交互軟件、硬件與人員組成，其設計要滿足規(guī)定的需求，其組件級接口規(guī)范完整定義，并且可從商業(yè)渠道得到，其組件設計遵守給定的規(guī)范，可以批量升級和維護”。盡管不同機構對開放式系統(tǒng)的定義略有不同，但總體來說開放式系統(tǒng)設計采用模塊化、軟硬解耦、標準接口，具有規(guī)?？刹眉簟⒂布芍亟M、軟件可重配、功能可重構、應用互操作等特征[24,25]。

計算機系統(tǒng)是一個典型的開放式系統(tǒng)，它由不同的硬件模塊如硬盤、顯示器、CPU、內(nèi)存等組裝而成，各模塊提供標準的硬盤接口、顯示接口、CPU接口、內(nèi)存接口和其他的外設器件接口。通過聚焦接口，個人計算機可以采用不同配置的模塊進行最新的高性價比的組件升級和維護。同時，計算機采用資源虛擬化設計，通過中間虛擬層對計算機硬件和處理等資源進行虛擬化，解除應用層與資源層之間緊耦合的關系，允許多個應用程序同時共享系統(tǒng)資源，用戶可以根據(jù)需求，通過虛擬環(huán)境實現(xiàn)對資源的調(diào)度，同時運行多個不同的功能[26,27]。

開放式相控陣的核心是功能可重構，以適應不同的任務、目標、環(huán)境和平臺，這包含兩層含義，從實時或準實時功能重構的角度來說，開放式相控陣的功能可軟件化加載，多種功能共享資源并且可以同時運行；從系統(tǒng)設計制造的非實時重構的角度來說，開放式相控陣可以根據(jù)設計需要進行模塊化拼裝，以形成不同功能和規(guī)模的系統(tǒng)。這兩點同時要求開放式相控陣的軟硬件是解耦的。因此，開放式相控陣具備3大技術特征：資源虛擬化、應用軟件化和硬件積木化。應用軟件化主要是指用戶可通過軟件加載所需功能，如探測、通信、電子戰(zhàn)等，不同功能可同時運行，共享系統(tǒng)資源；資源虛擬化是實現(xiàn)功能重構、軟硬件解耦的核心，通過對物理資源的數(shù)字化表征和實時自適應優(yōu)化，形成虛擬化組合配置支持應用實現(xiàn)，同時通過虛擬資源與物理硬件之間的映射對硬件實體實施調(diào)度控制；硬件積木化是指硬件由標準化、積木化的模塊構成，橫向解耦、縱向分層、接口標準，可根據(jù)不同的應用場景進行組合和裁剪，并且硬件資源完備，支持各種潛在的應用功能實現(xiàn)。

2.3 發(fā)展歷程

開放式相控陣技術隨著相控陣技術的應用推廣而不斷擴展，至今經(jīng)歷了概念萌芽、概念形成、創(chuàng)新發(fā)展3個階段。

2000年之前，是開放式相控陣概念萌芽階段。該階段出現(xiàn)模塊化、標準化等概念，為開放式相控陣概念的形成奠定了基礎。1962年美國管理專家H.ASimon首次提出“模塊化”(modularity)概念，從20世紀70年代起開展了天線模塊化研究；20世紀90年代，相控陣天線架構、硬件、軟件的模塊化和標準化技術發(fā)展起來。美國國防部開展模塊化開放式系統(tǒng)架構(Modular Open System Approach,MOSA)的標準研究，林肯實驗室也提出雷達開放式系統(tǒng)架構(Radar Open Systems Architecture,ROSA)標準[28-31]。林肯實驗室以模塊化組件完成對里根試驗場和空間目標監(jiān)視復合體雷達的現(xiàn)代化改造[32]。

2000－2020年，是開放式相控陣概念形成階段。2008年，胡明春[33]在《現(xiàn)代雷達》上發(fā)表的《開放式有源相控控陣天線系統(tǒng)》中，首次將相控陣與開放式系統(tǒng)相結合，正式提出“開放式相控陣”概念，但尚未演繹出具體概念內(nèi)涵和詳細系統(tǒng)架構，直至近期撰寫的《開放式相控陣概念與系統(tǒng)架構》一文，標志著開放式相控陣概念發(fā)展成熟。此階段美國研制的SPY-6防空反導雷達、FSY-3太空監(jiān)視雷達、SABR戰(zhàn)斗機火控雷達等，采用了積木化、標準化、軟件化等技術，與開放式相控陣的部分理念相吻合[34,35]。

2020年后，是開放式相控陣創(chuàng)新發(fā)展階段。開放式相控陣正向一體化、智能化、網(wǎng)絡化以及頻段擴展等更高階段發(fā)展。國際開放式組織2021年發(fā)布開放式體系架構軍用傳感器和電子戰(zhàn)系統(tǒng)標準-SOSATM參考架構技術標準1.0版，該標準或成為美軍在信號情報、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)的標準，確保與傳感器開放式體系架構(Sensor Open Systems Architecture,SOSA)相一致的技術具有互操作性，為實現(xiàn)傳感器“即插即用”鋪平道路[36]。美空軍AN/TPY-4軟件化雷達經(jīng)過15年發(fā)展已經(jīng)定型，計劃2023年開始批量生產(chǎn)并于2025年列裝形成作戰(zhàn)能力[37]，其設計理念與開放式相控陣不謀而合，但距離開放式相控陣概念內(nèi)涵的完全實踐還有一定的差距。

3 系統(tǒng)架構

開放式相控陣系統(tǒng)采用分層架構，自下而上分為硬件層、資源層和應用層，分別具有應用軟件化、資源虛擬化和硬件積木化的特點，如圖1所示。

圖1 開放式相控陣系統(tǒng)概念Fig.1 Schematic diagram of concept of open phased array system

開放式相陣系統(tǒng)架構如圖2所示。應用層為資源層提供任務輸入，而資源層通過對資源的優(yōu)化調(diào)度形成虛擬系統(tǒng)，支持應用層的功能實現(xiàn)。硬件層中的物理硬件資源經(jīng)過數(shù)字表征后形成虛擬資源池參與到資源調(diào)度中，反過來資源層通過映射關系對硬件層實施控制調(diào)度。

圖2 開放式相控陣系統(tǒng)架構Fig.2 Schematic diagram of systematic architecture of open phased array system

3.1 應用層架構

開放式相控陣應用層是實現(xiàn)具體功能應用的平臺，面向用戶以類似APP的形式提供服務，支持功能的擴展和升級。自上而下包含工作任務、應用功能和算法構件3層架構。應用層本身具有開放式架構，功能相互獨立，縱向分層，互相之間以標準接口連接，并且功能完備，可完成各種任務應用。如圖3所示。

圖3 開放式相控陣系統(tǒng)應用層架構示意Fig.3 Schematic diagram of appliance layer architecture of open phased array system

工作任務由一個或多個應用功能模塊組成，例如探測任務由目標搜索、目標跟蹤、信號偵收等功能組成；應用功能由多個算法構件組裝形成，例如目標搜索功能由數(shù)字波束形成、信號處理、數(shù)據(jù)處理等基礎算法構件組成，通過算法流程及參數(shù)配置實現(xiàn)某一應用功能；算法構件則是應用層的最小單元模塊，是用于實現(xiàn)系統(tǒng)某功能的具體算法，接口標準、功能獨立、內(nèi)部封裝，通過接口對外提供服務。

應用層將系統(tǒng)模塊化設計思想與開放式系統(tǒng)結合，按照自頂向下的方法對系統(tǒng)進行模塊化分解，模塊間相互獨立，縱向分層，互相之間以標準接口連接，并且功能完備，可完成各種任務應用，并通過對功能模塊參數(shù)化配置，工作流程重組，實現(xiàn)系統(tǒng)功能軟件定義，便于升級。

3.2 硬件層

3.2.1 硬件層架構

開放式相控陣系統(tǒng)的硬件層是具體實現(xiàn)開放式相控陣功能的硬件實體，滿足多功能多任務的需求，完成電磁信號的發(fā)射、接收和處理等功能。硬件層由標準化、模塊化、多類型的單元構成，可根據(jù)不同的應用場景，進行組合和裁剪，各單元間采取標準化接口，系統(tǒng)內(nèi)部單元可替換。硬件層的資源可通過軟件編程完成數(shù)字化表征，空、時、頻和極化等資源可自適應優(yōu)化配置，以適應復雜的電磁環(huán)境。

開放式相控陣的硬件層主要由前端和后端組成，其架構如圖4所示。

圖4 開放式相控陣系統(tǒng)硬件層架構Fig.4 Schematic diagram of hardware layer architecture of open phased array system

3.2.2 前端

硬件層前端的典型組成包括4個部分：(1)具備獨立收發(fā)功能的高集成有源子陣，(2)基于通用傳輸協(xié)議和標準化接口的大容量、高效率、高可靠的高速交互總線，(3)具備數(shù)據(jù)交互、處理、控制的后端智能控制模塊，(4)供電模塊。

積木化有源子陣是硬件層前端功能和性能實現(xiàn)的核心單元，實現(xiàn)對電磁信號的發(fā)射、接收和處理，支持分布式控制、分布式存儲和分布式處理，通過標準化接口總線實現(xiàn)積木化有源子陣間的協(xié)同。有源子陣采用“功能獨立、分層設計”的思想，從功能構成要素上可分為天線輻射層、射頻收發(fā)層、綜合網(wǎng)絡層、數(shù)字處理層以及電源管理層等5個主要功能層，不同功能層獨立設計，如圖5所示。

圖5 有源子陣各功能分層的構成要素Fig.5 Constituent components of multiple functional layers of active sub-array

天線輻射層主要完成電磁信號的發(fā)射、接收，包括雙極化輻射陣列、等相饋電、濾波和用于狀態(tài)監(jiān)測的耦合電路等；射頻收發(fā)層完成發(fā)射信號上變頻和功率放大以及回波信號的放大和下變頻，包括環(huán)形器或開關電路、功率放大器、低噪聲放大器、調(diào)制控制和上下變頻電路等；綜合網(wǎng)絡層為各種信號的傳輸組合，具有多功能、高集成的核心紐帶作用，包括光纖傳輸、射頻功分、電源分配、控制電路和高低頻連接網(wǎng)絡等；電源管理層包括功率變換、穩(wěn)壓整流、控制保護、濾波等功能；數(shù)字處理層是有源子陣的核心，主要負責信號擬合、頻率綜合、空間擬合、極化擬合、數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻、時序控制、優(yōu)化計算等功能。不同功能層級之間可根據(jù)應用需求的不同，優(yōu)化調(diào)整疊層結構布局。

通過不同數(shù)量的積木化有源子陣相互拼接可實現(xiàn)陣面孔徑的橫向擴展，子陣通過具有標準化接口的高速交互總線實現(xiàn)互聯(lián)，從而構成整個陣面系統(tǒng)。有源子陣既可以獨立使用，也可以在兩維方向積木化擴展，實現(xiàn)了陣面規(guī)模的靈活可裁剪；通過軟件配置不同的有源子陣的組合形式，實現(xiàn)天線孔徑、波束、波形、極化等資源的重構。

3.2.3 后端

硬件層后端由計算、存儲、交換、管理等子功能模塊以及數(shù)據(jù)、管理、監(jiān)測等連接總線組成，實現(xiàn)后端的處理、存儲、管理等功能，其中計算硬件模塊包括FPGA,DSP,CPU,GPU等，存儲硬件模塊包括片內(nèi)快速存儲和專用存儲，見圖6。

開放式相控陣硬件層后端的計算模塊、交換模塊、存儲模塊等均采用統(tǒng)一的硬件標準規(guī)范，支持不同廠商采用相同標準的商用貨架產(chǎn)品，通用性強，可擴展性好，支持即插即用。

3.2.4 多層級分布式處理

開放式相控陣充分利用分布在硬件層前端和后端的計算資源，形成多層級分布式處理能力。一般情況下與部分陣面相關的優(yōu)化計算由子陣級處理資源承擔，而與整個陣面相關的優(yōu)化計算由后端處理資源承擔。每個子陣節(jié)點既可以處理該子陣內(nèi)的數(shù)據(jù)，也可以多節(jié)點協(xié)同處理陣面級的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在高速交互總線內(nèi)完成快速交換，最終通過總線向處理后端輸出，從而可實現(xiàn)面向任務需求的大規(guī)模波束實時綜合及頻率、極化、波形等資源的實時重構，大幅提升了系統(tǒng)的實時響應能力，并大幅降低寬帶采樣后的數(shù)據(jù)傳輸壓力和后端處理難度。

陣面主要完成和自身相關的，能夠自主閉環(huán)的子陣級或者部分陣面級的處理任務，分為以下幾類：

(1) 波束綜合。主要指的是陣面數(shù)字波束形成(Digital Beamforming,DBF)或自適應數(shù)字波束形成(Adaptive Digital Beamforming,ADBF)、電掃波控碼計算、抗干擾或者收發(fā)同時的空域對消等；

(2) 波形/頻率/極化綜合。不同子陣或單元根據(jù)環(huán)境和目標的不同產(chǎn)生和發(fā)射不同的波形/頻率/極化等；

(3) 鏈路。主要包括收發(fā)通道幅相誤差校準、子陣內(nèi)的射頻鏈路控制，包括模擬和數(shù)字濾波、延時、均衡、帶寬選擇、動態(tài)范圍擴展、復雜波形計算、子陣間寬帶同步和校準、子陣內(nèi)脈壓、射頻和數(shù)字對消等；

(4) 調(diào)度。主要包括同時多任務下的陣面資源管理和優(yōu)化分配等；

(5) 大數(shù)據(jù)。主要包括實時記錄陣面子陣及子陣內(nèi)部各模塊狀態(tài)，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)陣面智能健康管理和性能預測。

對于需要大系統(tǒng)閉環(huán)的處理，則根據(jù)需要由處理后端完成，包括全陣級的抗干擾、目標檢測、目標識別、航跡處理和系統(tǒng)決策等。

3.3 資源層架構

開放式相控陣的資源層是實現(xiàn)資源數(shù)字表征、管理監(jiān)視、優(yōu)化調(diào)度和虛擬化的重要平臺，通過對相控陣系統(tǒng)中的空、時、頻、能、極化等實體資源進行虛擬化的數(shù)字表征，實現(xiàn)對虛擬化資源的任意靈活調(diào)度，并將調(diào)度的虛擬資源組合形成具備不同能力的多個虛擬子系統(tǒng)，高效靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能，貼合資源虛擬化的設計理念。資源層架構如圖7所示，主要包括虛擬資源池、資源管理監(jiān)視、資源調(diào)度和虛擬系統(tǒng)。

圖7 開放式相控陣系統(tǒng)資源層架構Fig.7 Schematic diagram of resource layer architecture of open phased array system

虛擬資源池是將開放式相控陣系統(tǒng)前/后端射頻、計算、存儲等資源進行數(shù)字表征后形成的虛擬資源集合，除表征后的資源本身外還包含與物理硬件之間的映射關系，從而可以根據(jù)資源調(diào)度方案自上而下地利用虛擬資源池和物理硬件資源之間的映射關系，對具體的物理硬件進行調(diào)度配置，支撐具體功能的實現(xiàn)。

其中資源主要包括：(1)孔徑資源。分為單陣的子陣劃分與多陣的孔徑合成兩個方面，體現(xiàn)在陣面的分配、波束的形成和控制等；(2)時間資源。包含脈沖內(nèi)的快時間、脈沖間的慢時間，也包括任務時間等；(3)頻率資源。主要包含中心頻點和帶寬的選擇；(4)波形資源。可視為一種特殊的時頻資源，既包括時間、頻率等資源的獨立配置，也包括更復雜的時頻聯(lián)合資源配置；(5)能量資源。主要指相控陣系統(tǒng)工作時選擇的陣面能量；(6)極化資源。指系統(tǒng)可選擇的不同極化方式，例如線極化、圓極化等；(7)其他資源。包括計算、存儲、傳輸資源等。

資源管理監(jiān)視資源池進行實時監(jiān)視、管理和評估，為資源調(diào)度提供可行域和邊界條件輸入。

資源調(diào)度以應用需求為輸入，選擇合適的調(diào)度準則，與資源狀態(tài)約束共同構建優(yōu)化問題，基于調(diào)度算法和專家知識庫輔助，求解生成資源調(diào)度方案，如圖8所示。

圖8 資源調(diào)度的數(shù)學過程Fig.8 Mathematical process of resource scheduling of open phased array system

虛擬系統(tǒng)是一系列虛擬子系統(tǒng)的集合，后者是根據(jù)資源調(diào)度方案所形成的資源配置組合，用于支持具體的應用功能實現(xiàn)，也是資源虛擬化的具體體現(xiàn)。

4 虛擬化與流程重構

4.1 資源虛擬化

資源虛擬化是開放式相控陣的核心之一，為實現(xiàn)具體的功能應用，資源層需要為其分配虛擬資源，形成虛擬子系統(tǒng)。一個典型的開放式相控陣系統(tǒng)資源虛擬化流程如圖9所示。具體來說，基于資源調(diào)度形成的調(diào)度方案，將虛擬資源池中的各類虛擬資源進行靈活組合，形成多個虛擬子系統(tǒng)，分別完成不同應用功能，從而實現(xiàn)整個開放式相控陣系統(tǒng)多功能的高效實現(xiàn)。不同維度的資源既可隔離配置，用于不同功能，例如對孔徑資源進行劃分，不同功能使用物理隔離的孔徑資源；也可復用配置，用于不同功能，例如對時間資源進行劃分，不同功能可使用相同的時間資源。通過對虛擬資源的靈活配置重組，形成了具備偵查、干擾、探測、通信等不同功能的虛擬子系統(tǒng)，以實現(xiàn)相控陣系統(tǒng)前端“利用任何孔徑、在任何時間、在任何波段，執(zhí)行任何功能”。

不同的應用功能作為資源調(diào)度優(yōu)化的輸入[38-42]。例如，在同時對兩個目標進行高精度跟蹤的場景中，以孔徑、頻率等資源最少為優(yōu)化目標，以目標數(shù)量、跟蹤精度、數(shù)據(jù)率以及當前資源狀態(tài)等建立約束，從而形成具體的優(yōu)化問題。經(jīng)過優(yōu)化求解后，得到利用同一整孔徑形成兩個不同頻率的窄波束分別對兩個目標進行跟蹤的配置方案，如圖10所示。

4.2 處理流程重構

為支撐具體應用的實現(xiàn)，除了分配所需資源，還需要對具體的處理流程進行重構。開放式相控陣的處理流程從邏輯上可以用矩陣表示，矩陣可以是一維，也可以是二維甚至更高維，矩陣的元素是處理節(jié)點，相互之間通過傳輸鏈路相連接，處理節(jié)點可以是某一處理策略或算法，也可以是融合、判決、傳輸?shù)?。處理流程重構的過程就是根據(jù)應用需求對處理節(jié)點進行實時選擇、配置和聯(lián)結的優(yōu)化過程，同時資源調(diào)度分配相應的硬件資源予以實現(xiàn)。如圖11所示。

圖11 二維處理流程重構示意Fig.11 Schematic diagram of 2D processing reconfiguration of open phased array system

處理流程局部多個處理節(jié)點按照一定的邏輯架構形成基本處理模塊執(zhí)行子任務，例如信號處理、數(shù)據(jù)處理等。處理模塊的拓撲結構各異，串并行的順序、規(guī)模以及前饋/反饋閉環(huán)的方式、位置等都可以實時靈活優(yōu)化。

以雷達抗干擾為例，多種處理策略、判決、評估以及特征提取、干擾分類等算法作為不同的處理節(jié)點，按照一定的邏輯連接。部分節(jié)點形成干擾感知、信號處理、數(shù)據(jù)處理以及效能評估等4個基礎處理模塊，模塊內(nèi)部和模塊間存在反饋閉環(huán)。如圖12所示。

圖12 雷達抗干擾流程重構示例Fig.12 Instance of processing reconfiguration for radar ECCM

5 支撐技術

開放式相控陣的硬件實現(xiàn)和具體應用需要微系統(tǒng)、智能化、分布式計算等技術支撐。

(1) 微系統(tǒng)技術。一方面，通過集成寬帶射頻、優(yōu)化計算等多功能芯片，形成功能完備的組件模塊，使開放式相控陣具備極高的功能重構靈活性；另一方面，利用微納尺度集成工藝實現(xiàn)組件模塊的高度集成化，大幅降低體積、重量、功耗和成本，提升性能一致性和可靠性，實現(xiàn)開放式相控陣的標準化、模塊化，支持規(guī)模擴展。晶圓級微系統(tǒng)集成見圖13。

圖13 晶圓級微系統(tǒng)集成Fig.13 Integration of microsystem in wafer level

(2) 智能化技術。融合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術，提升開放式相控陣從感知、分析到?jīng)Q策、處理的OODA全流程的智能化水平，構建多通道多閉環(huán)的并行智能處理架構，增強感知、對抗和環(huán)境適應等能力。智能化處理見圖14。

圖14 智能化處理Fig.14 Schematic diagram of intelligent processing

(3) 分布式計算技術?；陂_放式相控陣的模塊化架構，充分利用其前/后端分層分布式計算資源，同時并行完成計算任務，大幅提升開放式相控陣的處理能力。分布式分層分級并行計算見圖15。

圖15 分布式分層分級并行計算Fig.15 Schematic diagram of parallel computing in multiple layers and priorities

6 結語

開放式相控陣是相控陣系統(tǒng)發(fā)展到一定階段形成的全新概念，具有“應用軟件化、資源虛擬化、硬件積木化”的典型特征，并與智能化、軟件化、一體化、網(wǎng)絡化等概念不斷融合，內(nèi)涵不斷拓展，滿足功能重構、規(guī)模擴展、環(huán)境適應的發(fā)展需求。為進一步推動開放式相控陣發(fā)展，還需在3個方面重點發(fā)力，一是進一步開展開放式相控陣頂層架構研究，厘清能力邊界和約束條件；二是形成和制定開放式相控陣標準，包括軟/硬縱向分層、橫向解耦、相互連接規(guī)范；三是開展底層設計研究，支撐開放式架構構建。