航空航天和國(guó)防領(lǐng)域正在怎樣改變當(dāng)今世界

作者：貿(mào)澤電子Mark Patrick

雖然大規(guī)模沖突往往會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)技術(shù)突破，但對(duì)于和平的追求也可能推動(dòng)創(chuàng)新。這兩種途徑都對(duì)于塑造當(dāng)今世界有著深遠(yuǎn)的影響。

普通的商業(yè)設(shè)備與高可靠性電子設(shè)備之間有許多共同之處，歷史上兩者也曾互相促進(jìn)。商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）的概念已經(jīng)在國(guó)防領(lǐng)域存在了幾十年，而開放式架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念可以說是始于高可靠性行業(yè)，但現(xiàn)在已經(jīng)滲透到IT行業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)的存在是因?yàn)楹娇蘸教?國(guó)防等較大的行業(yè)有大量的供應(yīng)商，需要這些供應(yīng)商能夠彼此合作，并保持一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

航空航天/國(guó)防工業(yè)受益于并推動(dòng)了全球電子行業(yè)的創(chuàng)新。國(guó)防行業(yè)的規(guī)模能夠吸引投資，這往往也可以塑造其他市場(chǎng)的發(fā)展方向，反過來，物聯(lián)網(wǎng)等市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)也會(huì)對(duì)國(guó)防工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響。這種共生關(guān)系意味著許多為某個(gè)市場(chǎng)而開發(fā)的技術(shù)也會(huì)在其他市場(chǎng)得到應(yīng)用，這有助于降低風(fēng)險(xiǎn)，從而增強(qiáng)半導(dǎo)體制造商對(duì)研發(fā)支出的總體信心。

像其他任何行業(yè)一樣，航空航天/國(guó)防領(lǐng)域同樣需要在效率與效能之間取得平衡，此領(lǐng)域技術(shù)的當(dāng)代發(fā)展也顯而易見。在某些方面，這個(gè)領(lǐng)域處于技術(shù)發(fā)展的前沿，比如使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）來幫助在正確的時(shí)間、正確的地點(diǎn)提供正確的專業(yè)知識(shí)。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，現(xiàn)在可以讓一名士兵由一名經(jīng)驗(yàn)更豐富的士兵（可能位于互連世界的任何地方）進(jìn)行“引導(dǎo)”。這不僅在危急情況下能夠提供更多的專業(yè)知識(shí)，而且減少了對(duì)數(shù)量有限的有經(jīng)驗(yàn)士兵的依賴。在醫(yī)學(xué)中也是如此，一個(gè)在特定領(lǐng)域具有專業(yè)知識(shí)的醫(yī)生可以幫助另一位醫(yī)療從業(yè)人員，但不需要他們處在同一個(gè)場(chǎng)合。

正如商業(yè)部門一樣，航空航天/國(guó)防領(lǐng)域的一些重點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)在集中在開發(fā)可穿戴技術(shù)的潛力，例如采用這種技術(shù)來監(jiān)測(cè)已部署步兵的健康狀況等。新的可穿戴解決方案（或者更具體地說是可聽解決方案，因?yàn)樗鼈兇髟诙鷥?nèi)）可以連續(xù)訪問體溫和心率等重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并可跟蹤和定位某個(gè)特定士兵，這一應(yīng)用可通過德州儀器（TI）的AFE4410等技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。AFE4410是一款專為可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)的超小型模擬前端（AFE），該設(shè)備旨在通過光學(xué)生物傳感提供連續(xù)心率監(jiān)測(cè)和氧氣消耗等功能。這其中需要使用LED和光電二極管，AFE4410可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多達(dá)三個(gè)針對(duì)生物傳感優(yōu)化的LED。圖1所示的框圖顯示了其集成的主要功能，一個(gè)跨阻放大器、ADC、128采樣FIFO、可編程LED驅(qū)動(dòng)器和I2C/SPI接口。高度集成的AFE解決方案采用0.4mm間距DSBGA封裝，尺寸僅為2.6mm x 2.1mm。

圖1：AFE4410 AFE的功能框圖。

衛(wèi)星定位是一個(gè)眾所周知，并且經(jīng)常被引用為軍事領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)如何影響現(xiàn)代生活的例子。接收器通過與地圖軟件配合使用，可將高級(jí)導(dǎo)航功能置于大多數(shù)汽車或智能手機(jī)內(nèi)，并通過用戶點(diǎn)擊即可實(shí)現(xiàn)。隨著幾個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)在提供服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)冗余和更大的覆蓋范圍，接收器技術(shù)也已經(jīng)足夠先進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，例如資產(chǎn)追蹤、個(gè)人導(dǎo)航和地理標(biāo)記等等。Maxim Integrated的MAX2769C是一款單芯片通用型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收器，適用于GPS、伽利略、北斗和GLONASS等定位平臺(tái)。它集成了一個(gè)完整的接收器鏈路，尺寸僅為5mm x 5mm（體積非常小，幾乎可用于任何設(shè)計(jì)），而其高集成度則降低了整體物料清單（BoM）成本。該器件可以使用MAX2769CEVKIT進(jìn)行評(píng)估，由控制軟件提供支持，不需要額外的電路。

另一個(gè)對(duì)航空航天/國(guó)防和消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響的技術(shù)是無人駕駛飛行器（UAV），也稱為無人機(jī)。該市場(chǎng)的最新發(fā)展是增大了無人機(jī)的自主性，無人機(jī)不僅能夠自我穩(wěn)定，而且實(shí)際上可以確定他們自己的航線。這種無人機(jī)可用于在危險(xiǎn)或有害環(huán)境中進(jìn)行偵測(cè)和維護(hù)檢查，或者只是為了減少所需的人力。洛克希德馬丁公司開發(fā)的Outrider即是一個(gè)最好的例子，它在最近的國(guó)防和安防設(shè)備國(guó)際展覽會(huì)（Defence and Security Equipment International Exhibition）上獲正式發(fā)布，這款體積小巧的無人機(jī)僅10厘米寬，重約1.7千克，能夠從罐中發(fā)射，已經(jīng)開發(fā)用于那些傳統(tǒng)的、更大體積無人機(jī)所無法進(jìn)入的場(chǎng)合下使用。

位置感知是支撐自主飛行無人機(jī)的一個(gè)重要功能，這不僅僅是GPS坐標(biāo)，還包括傾斜角、姿態(tài)、旋轉(zhuǎn)、速度和高度等。通過開發(fā)高精度的傳感器能夠測(cè)量上述參數(shù)，這些傳感器正在越來越多地通過微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

圖2：Murata SCC2230-E02的功能框圖。

MEMS的特點(diǎn)是尺寸小，功耗低，這使得它們非常適用于可穿戴技術(shù)以及自主式無人機(jī)。多個(gè)MEMS傳感器的集成能夠構(gòu)建一類被稱為慣性測(cè)量單元（IMU）的設(shè)備，其中許多是專門為控制和導(dǎo)航系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。例如Murata的SCC2230-E02，它將三軸加速度計(jì)與z軸角速度傳感器集成在一起，圖2所示為其主要功能框圖，該傳感器采用Murata高縱橫比（aspect ratio）3D-MEMS技術(shù)制造，通過檢測(cè)由運(yùn)動(dòng)質(zhì)量引起的電容變化，由集成信號(hào)調(diào)節(jié)ASIC可以感測(cè)和處理這些變化。所有功能都通過SPI接口訪問。

雷達(dá)是一種在航空航天/國(guó)防領(lǐng)域有著悠久歷史的技術(shù)，現(xiàn)在正在進(jìn)入其他市場(chǎng)。汽車行業(yè)正朝著采用雷達(dá)技術(shù)以實(shí)施高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的方向發(fā)展，這無疑將有助于推進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展進(jìn)程，也有可能塑造UAS/無人機(jī)市場(chǎng)的未來。

借助于ADI公司的EV-RADAR-MMIC2等評(píng)估平臺(tái)，現(xiàn)在能夠更加容易地獲得雷達(dá)技術(shù)。該開發(fā)套件旨在為開發(fā)人員提供更多關(guān)于ADF5901 24GHz發(fā)射器、ADF5904 24GHz接收器和ADF4159 13GHz鎖相環(huán)（PLL）的信息，并利用這些開發(fā)頻率調(diào)制連續(xù)波（FMWC）雷達(dá)系統(tǒng)。

近年來，許多針對(duì)特定垂直市場(chǎng)所形成的技術(shù)分割無形屏障正在消失。那些曾經(jīng)打算用于國(guó)防的技術(shù)（例如病毒防護(hù)軟件或數(shù)據(jù)加密）現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)家庭。以同樣類似的方式，用于記錄一個(gè)人體育活動(dòng)的技術(shù)現(xiàn)在國(guó)防領(lǐng)域也被用來監(jiān)測(cè)士兵重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著這種尖端技術(shù)變得更加易于獲得和使用，我們可以期待新的應(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn)，這將會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)不同領(lǐng)域的互相促進(jìn)，甚至出現(xiàn)更偉大的創(chuàng)新。