航空航天和國防領域正在怎樣改變當今世界

作者：貿(mào)澤電子Mark Patrick

雖然大規(guī)模沖突往往會導致出現(xiàn)技術突破，但對于和平的追求也可能推動創(chuàng)新。這兩種途徑都對于塑造當今世界有著深遠的影響。

普通的商業(yè)設備與高可靠性電子設備之間有許多共同之處，歷史上兩者也曾互相促進。商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）的概念已經(jīng)在國防領域存在了幾十年，而開放式架構的設計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)。標準的存在是因為航空航天/國防等較大的行業(yè)有大量的供應商，需要這些供應商能夠彼此合作，并保持一定的競爭力。

航空航天/國防工業(yè)受益于并推動了全球電子行業(yè)的創(chuàng)新。國防行業(yè)的規(guī)模能夠吸引投資，這往往也可以塑造其他市場的發(fā)展方向，反過來，物聯(lián)網(wǎng)等市場的發(fā)展趨勢也會對國防工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響。這種共生關系意味著許多為某個市場而開發(fā)的技術也會在其他市場得到應用，這有助于降低風險，從而增強半導體制造商對研發(fā)支出的總體信心。

像其他任何行業(yè)一樣，航空航天/國防領域同樣需要在效率與效能之間取得平衡，此領域技術的當代發(fā)展也顯而易見。在某些方面，這個領域處于技術發(fā)展的前沿，比如使用增強現(xiàn)實技術（AR）和虛擬現(xiàn)實技術（VR）來幫助在正確的時間、正確的地點提供正確的專業(yè)知識。使用增強現(xiàn)實技術，現(xiàn)在可以讓一名士兵由一名經(jīng)驗更豐富的士兵（可能位于互連世界的任何地方）進行“引導”。這不僅在危急情況下能夠提供更多的專業(yè)知識，而且減少了對數(shù)量有限的有經(jīng)驗士兵的依賴。在醫(yī)學中也是如此，一個在特定領域具有專業(yè)知識的醫(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場合。

正如商業(yè)部門一樣，航空航天/國防領域的一些重點應用現(xiàn)在集中在開發(fā)可穿戴技術的潛力，例如采用這種技術來監(jiān)測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，因為它們戴在耳內(nèi)）可以連續(xù)訪問體溫和心率等重要統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并可跟蹤和定位某個特定士兵，這一應用可通過德州儀器（TI）的AFE4410等技術方案來實現(xiàn)。AFE4410是一款專為可穿戴設備設計的超小型模擬前端（AFE），該設備旨在通過光學生物傳感提供連續(xù)心率監(jiān)測和氧氣消耗等功能。這其中需要使用LED和光電二極管，AFE4410可同時驅(qū)動多達三個針對生物傳感優(yōu)化的LED。圖1所示的框圖顯示了其集成的主要功能，一個跨阻放大器、ADC、128采樣FIFO、可編程LED驅(qū)動器和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)星定位是一個眾所周知，并且經(jīng)常被引用為軍事領域的技術開發(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，可將高級導航功能置于大多數(shù)汽車或智能手機內(nèi)，并通過用戶點擊即可實現(xiàn)。隨著幾個衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)在提供服務，可以實現(xiàn)冗余和更大的覆蓋范圍，接收器技術也已經(jīng)足夠先進能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應用，例如資產(chǎn)追蹤、個人導航和地理標記等等。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。它集成了一個完整的接收器鏈路，尺寸僅為5mm x 5mm（體積非常小，幾乎可用于任何設計），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進行評估，由控制軟件提供支持，不需要額外的電路。

另一個對航空航天/國防和消費領域產(chǎn)生重大影響的技術是無人駕駛飛行器（UAV），也稱為無人機。該市場的最新發(fā)展是增大了無人機的自主性，無人機不僅能夠自我穩(wěn)定，而且實際上可以確定他們自己的航線。這種無人機可用于在危險或有害環(huán)境中進行偵測和維護檢查，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即是一個最好的例子，它在最近的國防和安防設備國際展覽會（Defence and Security Equipment International Exhibition）上獲正式發(fā)布，這款體積小巧的無人機僅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、更大體積無人機所無法進入的場合下使用。

位置感知是支撐自主飛行無人機的一個重要功能，這不僅僅是GPS坐標，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量上述參數(shù)，這些傳感器正在越來越多地通過微機電系統(tǒng)（MEMS）技術來實現(xiàn)。

圖2：Murata SCC2230-E02的功能框圖。

MEMS的特點是尺寸小，功耗低，這使得它們非常適用于可穿戴技術以及自主式無人機。多個MEMS傳感器的集成能夠構建一類被稱為慣性測量單元（IMU）的設備，其中許多是專門為控制和導航系統(tǒng)而設計。例如Murata的SCC2230-E02，它將三軸加速度計與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技術制造，通過檢測由運動質(zhì)量引起的電容變化，由集成信號調(diào)節(jié)ASIC可以感測和處理這些變化。所有功能都通過SPI接口訪問。

雷達是一種在航空航天/國防領域有著悠久歷史的技術，現(xiàn)在正在進入其他市場。汽車行業(yè)正朝著采用雷達技術以實施高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的方向發(fā)展，這無疑將有助于推進自動駕駛汽車的發(fā)展進程，也有可能塑造UAS/無人機市場的未來。

借助于ADI公司的EV-RADAR-MMIC2等評估平臺，現(xiàn)在能夠更加容易地獲得雷達技術。該開發(fā)套件旨在為開發(fā)人員提供更多關于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）雷達系統(tǒng)。

近年來，許多針對特定垂直市場所形成的技術分割無形屏障正在消失。那些曾經(jīng)打算用于國防的技術（例如病毒防護軟件或數(shù)據(jù)加密）現(xiàn)在已經(jīng)應用到各個家庭。以同樣類似的方式，用于記錄一個人體育活動的技術現(xiàn)在國防領域也被用來監(jiān)測士兵重要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。隨著這種尖端技術變得更加易于獲得和使用，我們可以期待新的應用會不斷出現(xiàn)，這將會進一步加強不同領域的互相促進，甚至出現(xiàn)更偉大的創(chuàng)新。