孫柏林

1  前言

    現代武器裝備的信息化、智能化無(wú)不與武器裝備系統具有某些計算機的功能相關(guān)聯(lián)。但是，在第二次世界大戰之后的相當長(cháng)的一段時(shí)間里，武器裝備和計算機大多是“各行其是、自行系統”。電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長(cháng)的歷史進(jìn)程中，計算機始終是安置在特殊的機房中，實(shí)現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化，計算機開(kāi)始出現兩種不同的發(fā)展方向：(1) 以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn)，迅速走出機房；基于高速數值解算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了控制專(zhuān)業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個(gè)對象體系中，實(shí)現對象體系的智能化控制。(2) 要求高速、海量的數值計算的通用計算機系統，技術(shù)發(fā)展方向是總線(xiàn)速度的無(wú)限提升，存儲容量的無(wú)限擴大。隨著(zhù)計算機技術(shù)和產(chǎn)品對各個(gè)行業(yè)的廣泛滲透，以“應用為中心”的分類(lèi)方法變得更為切合實(shí)際和科學(xué)合理，也就是說(shuō)按計算機的嵌入式應用和非嵌入式應用將其分為嵌入式計算機和通用計算機。換言之，始于微型機時(shí)代的應用，造就了嵌入式計算機。嵌入式計算機通常由嵌入式微處理器，相關(guān)的硬件支持設備以及嵌入式軟件系統等3個(gè)部件組成。其中，微處理器是嵌入式系統的核心部件，其它硬件還包括內部總線(xiàn)、接口以及外部總線(xiàn)。

    同時(shí)武器裝備和計算機系統越來(lái)越緊密地融合在一起。換句話(huà)說(shuō)，就是計算機系統緊緊地“嵌入”到武器裝備里面去了。由此人們斷言：武器裝備已經(jīng)進(jìn)入“嵌入式”時(shí)代了！特別是美軍更是在嵌入式技術(shù)的研究和應用方面走在各國軍隊的前面，本文對此做了一個(gè)概要的闡述。

2 “需求牽引、技術(shù)推動(dòng)”促使計算機技術(shù)兩極分化

    電子計算機出現以來(lái)，人們傳統的分類(lèi)方法是按照計算機的體系結構、運算速度、結構規模、適用領(lǐng)域，將計算機劃分為大型計算機、中型計算機、小型計算機和微計算機。這種分類(lèi)方法沿襲了大約40多年。近些年來(lái)，隨著(zhù)半導體技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，情況已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化，例如在70年代末定義的微計算機基礎之上，演變和發(fā)展出來(lái)的個(gè)人計算機(PC)，如今已經(jīng)占據了全球計算機工業(yè)90 %的市場(chǎng)，其處理速度也超過(guò)了以往大、中型計算機的處理速度。

    武器裝備系統里面使用的計算機系統出現了軍用嵌入式計算機和軍用通用計算機的分類(lèi)方法。軍用嵌入式計算機就是指以插件或芯片形式嵌入到武器裝備或武器裝備系統的內部，智能地完成武器系統功能的專(zhuān)用計算機。這類(lèi)計算機通常以芯片、模板組件或控制器等形式埋藏于武器內部，以機箱形式表現出來(lái)，執行一種或多種特定任務(wù)，具有體積小、重量輕、功耗低、適應工作環(huán)境能力強、實(shí)時(shí)性強、可靠性高等特點(diǎn)，主要用于武器控制，指揮控制和通信系統，仿真等作戰與保障系統中。一方面是作戰需要武器裝備更精確、更可靠、更聰明，因而需要將計算機的功能更多地“嵌入”到武器裝備里面去，使武器裝備更加智能化；另一方面則是技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)能夠讓計算機更小型、更輕型、更方便地“嵌入”到武器裝備里面去。換句話(huà)說(shuō)，“需求牽引、技術(shù)推動(dòng)”促使計算機技術(shù)產(chǎn)生兩極分化，其中一支則出現了從“自成系統，各自為戰”到“嵌為一體，緊密融合”的情況。

3  軍用嵌入式系統的廣泛應用

    嵌入式計算機系統，最早出現在20世紀60年代的武器控制系統之中，后來(lái)逐步用于軍事指揮控制和通信系統，現在則廣泛地用于軍民兩用的機電一體化產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化控制系統中，嵌入式系統主要用于各種信號處理與控制。用于軍用各種武器控制（從火炮控制、導彈控制、智能炸彈到制導引爆裝置等）、坦克、艦艇、轟炸機等陸?？杖姷母鞣N軍用電子裝備，雷達、電子對抗等軍事通信裝備，野戰指揮作戰用的各種專(zhuān)用設備等。軍用嵌入式系統在第一次海灣戰爭到最近的阿富汗戰爭和伊拉克戰爭中都有廣泛地應用。

    目前，嵌入式計算機系統已在國防、國民經(jīng)濟及社會(huì )生活各領(lǐng)域普及應用，用于企業(yè)、軍隊、辦公室、實(shí)驗室以及個(gè)人家庭等各種場(chǎng)所。以下舉出若干“嵌入式”系統在軍事領(lǐng)域里面應用的例子來(lái)說(shuō)明軍用“嵌入式”系統的廣泛應用：

(1)   嵌入式低價(jià)格慣性導航系統(Embedded low cost inertial navigation system，INS)
INS使用慣性測量部件(IMU)、數字羅盤(pán)、GPS和嵌入式計算機系統。INS能夠連續估計作戰平臺的位置與方向。傳統與典型的IMU是十分昂貴的系統，然而，如果INS采用低價(jià)格的組件，則低的價(jià)格帶來(lái)低的性能，這就是慣性導航系統常常必須包括GPS、羅盤(pán)與卡曼濾波器的主要原因。然而，發(fā)展中的嵌入式系統則是將導航的重大綜合體融合在一起。結果是呈現出整個(gè)系統具有突出的工作優(yōu)點(diǎn)和多面性的應用，而且價(jià)格十分便宜。

(2)   美國陸軍作戰指揮系統中的“21世紀”旅及旅以下戰斗指揮系統(Force XXI Battle Command Brigade-and-Below，FBCB2)

    該系統將給從旅到旅以下最低級別的戰術(shù)單位（班）提供戰場(chǎng)態(tài)勢和指揮控制。該系統主要包括5個(gè)部分：特種用途的嵌入式計算機系統、數字化部隊指揮軟件系統、“嵌入式”位置定位導航裝置(Embedded Position-Navigation，POSNAV)和報告系統、全球通信系統接口和數字化部隊戰斗識別環(huán)境。

    此外，還有一種“改良的數據調制解調器”(Improved Data Modem，IDM)。該裝置主要用于通信和目標系統里面。IDM在陸?？杖娧b置中都有應用。典型的應用是將其嵌入到陸軍21世紀部隊旅及旅以下系統的軟件里面去。

(3)   武器試驗數據采集與實(shí)時(shí)處理系統

    軍隊靶場(chǎng)承擔著(zhù)三軍各種新型武器系統的試驗與評估任務(wù)，目的是為了檢驗新型武器系統或裝備的設計性能指標是否達到預期的設計要求。衡量武器裝備的性能指標能否達到要求，而使用試驗數據給予證明。試驗數據采集設備的任務(wù)就是要完成對被試品輸入輸出參數和部分中間運算結果的采集。為了實(shí)現武器裝備系統試驗數據的實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)處理，艦載武器系統試驗數據采集與實(shí)時(shí)處理系統的軟、硬件均可以采用嵌入式技術(shù)。

    據報道，我國的研祥智能科技股份有限公司曾運用其嵌入式產(chǎn)品“EVOC