头盔显示器的新发展 - 军用航空电子系统几大关键趋势

　　头盔显示器的新发展

　　战斗机驾驶舱仪表的一个发展趋势是采用彩色液晶显示器。美国的F-15、F-16、F/A-18、AT/T-38和T-45的驾驶舱改进都采用了液晶多功能显示器。平板彩色显示器和平视显示器将为目前最先进的F-22飞机的飞行员提供信息。而头盔显示器（HMD）作为一种新崛起的瞄准和显示设备正越来越受到世界各国空军的重视。

　　俄罗斯和以色列战斗机已采用头盔显示器，而美国空军和西欧国家的空军却采取慎重态度，已花了好几年时间对头盔显示器的所有人机工程和性能问题进行深入的研究。现在，头盔显示器的技术已能满足所提出的严格的要求。

　　各国空军都希望用头盔瞄准系统来指示目前和未来的一些近距空空导弹， 正在把采购和部署简单的只能白天使用的头盔瞄准系统置入快车道。HMD取代战斗机的平视显示器（HUD）已变成次要的事情，现在头盔显示器的主要作用是武器瞄准和一些仪表数据的读出。目前的考虑趋向于头盔显示器显示的的东西越少越好，详细的飞行数据最好留给HUD来显示。HUD在今后相当长一段时间内不会被HMD所取代，因为对HMD的要求取决于任务和威胁，而且只在少数任务中需要全功能的HMD。研究表明，互补地采用前视红外（FLIR）显示器、夜视镜和简单的头盔指向器件已能满足需要。

　　俄罗斯的米格-29已装备基辅阿森纳尔设计局研制的Zh-3YM-1 HMD。这种简单的系统采用一块外部安装的组合玻璃来显示目标的方位，其特点是具有采用安装于驾驶舱的摄像机来探测安装于头盔的发光二极管（LED）组的光学头部跟踪器。阿森纳尔设计局现已研制了一些更新的HMD，例如Surat和Taurus。这些系统在作战中使用的优点是，飞行员仅需要转动其头部就可截获目标并发射武器，而不需要使其飞机的机头指向敌机。

　　以色列埃尔比特的显示和瞄准头盔系统（DASH）在以色列空军的F-15、F-16和F-4中使用已有好几年。第三代DASH 3提供与以前型别同样的性能，但已做得较轻（1.8千克）和尺寸更加紧凑，且提高了系统可靠性。DASH采用12.7毫米的阴极射线管，它在22b视场内产生笔划式字符来显示飞行数据和一个目标指示框。

　　DASH可使雷达和空空导弹的导引头跟随飞行员的瞄准线转动。DASH像许多其他HMD那样，采用电磁头部跟踪器。电磁头部跟踪器基于头盔安装的发射器和驾驶舱内的一些传感器，可将飞行员的视线确定在6毫弧度的精度以内。

　　欧洲战斗机的头盔显示器采用光学跟踪系统，用一系列安装在驾驶舱中的红外摄像机探测头盔上的IR发光二极管阵列，从而计算头部的精确位置和视角。光学跟踪器的优点是，不必像电磁跟踪器那样画驾驶舱的磁场图，可在任何飞机上采用。虽然早期系统因对日光敏感而“消隐”，较新的光学跟踪器可采用预测处理和其他技术把这种现象过滤掉。较快的计算机处理还可减小系统的延时。

　　法国赛克斯当公司和英特技术公司不是围绕现有的头盔壳体设计HMD，而是设计了一个全新的头盔系统，它包括视觉与显示系统，并带氧气/正压呼吸和全核生化保护。该公司的单目Topsight HMD已经在一架0幻影02000上作了广泛的飞行试验，并已向法国空军供应了10套Top-sight头盔进行鉴定。法国空军正集中于HMD在空空目标截获和指示方面的使用，主要支持0幻影02000和0阵风0战斗机。对Topsight双目HMD的飞行试验定于1997年年底以前开始。该公司采用磁头部跟踪系统，而且最近完善了一个新的算法组，以进一步提高精度，最终公司可能采用眼跟踪系统来代替磁头部跟踪系统。

　　美国空军的“联合头盔指示系统”（JHMCS）正在迅速发展，JHMCS将由国际视觉系统（VSI）公司研制。VSI是美国凯泽电子公司和以色列埃尔比特公司的合资企业，埃尔比特公司通过这个合资企业把DASH技术转让给了JHMCS。JHMCS的使用试验和鉴定将在1999~2000年进行，而生产决定将在2000年年中作出。首批使用JHMCS飞行的飞机将是F-15C/D和F/A-18C/D。F-22也将采用JHMCS，以便充分发挥改进的 AIM-9x的离轴能力。最初的JHMCS将是一种单目、单色显示器，将字符投影在头盔的护目镜上。

　　其20b显示视场将适合白天空战中的离轴导弹指示。它的一个预计划的产品改进项目致力于未来用在AV-8B和JSF空地作战对系统所要求的改进。 JHMCS被设计成安装在标准的HGU-55/P和轻型的GU-56/P或F-22的HGU-68/P这类头盔上。它能指示雷达与导航系统及导弹导引头，采用了高速（240赫）电磁允许的金属头部跟踪器。

　　JHMCS与俄罗斯头盔的关键差别是送到头盔的数据不同，俄罗斯头盔具有一个固定的光标和头部跟踪器，并为导弹导引头提供瞄准线数据，但导引头的位置并不发送到头盔。而在JHMCS中，飞行员可以看到导引头指向那里，并可确认导弹试图锁定于正确的目标的情况。

　　JHMCS头盔具有可互换的白天或黑夜护目镜（前者具有较深的色彩，以便有较好的显示能见性），而且可装选用的夜视镜模块。显示字符包括一个目标指示框， 一个将飞行员的头部指引到系统瞬时视场外目标的箭头，包括速度、高度、重力和武器数据在内的基本飞行信息。此头盔由增加到战斗机的显示或任务计算机的一块电路板控制。

　　JHMCS应用了莱特-帕特逊空军基地的美国空军研究实验室VCATS计划的研究成果。VCATS研究了对付机体在高G下振颤这类问题，而振颤可能引起导弹与头盔轴线有显著的移动。美国研究人员还发现了人体在高G下不能胜任观察向目标飞行的导弹轨道的问题。研究表明，在9G下，大多数飞行员不能以90度的角度向上观看，通常向上观看的最大角度为60~80度。为弥补这个缺点，VCATS在普通显示器上引入了0高G指示点0，或0上视光标0。当飞行员的头部移动回来，并从侧面跟踪目标时，系统自动选择左或右上视光标，以便飞行员在头部运动较少的情况下指示导弹导引头或雷达。

　　工程师们现正在探索10~15年后需要的HMD技术。如果激光的威胁增加，就要使用驾驶舱封闭的战斗机，飞机将由飞行员采用虚拟现实HMD飞行。这种HMD完全依靠人工产生的视觉，需要光纤陀螺和更强的处理能力来得到所需的显示速度和精度。传感器融合技术将使飞行员0透过0其封闭的驾驶舱进行观察，以任何角度跟踪其他战斗机或地面目标。