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空战中飞行员如何瞄准目标

作者:深圳千百盾安全防护装备有限公司 浏览: 发表时间:2022-10-29 11:57:21

在激烈的现代战争中,人们不可避免地要使用武器来展开相互攻击,武器的种类繁多,其中需要人员操控的武器是重中之重,它们需要操作人员提供瞄准目标,以便最大限度的造成敌方杀伤,发挥最大效力。下面图中的传统武器,例如狙击枪、大炮在射击时通常处于静止状态,通过光学瞄准器可以实现精确的目标瞄准。

狙击枪瞄准

大炮瞄准

但更高端的战斗机处于高速的飞行中,它又是如何瞄准目标的呢?类似枪和大炮的方法肯定无法完成任务。早期的战斗机直接通过飞行员的人眼来搜寻与瞄准目标。

现在,飞机已经发展成为人类创造的最复杂和最重要的机器,再通过飞行员的人眼来瞄准目标已经不现实。多年来,随着它们的大小和能力的稳步增长,安全操作运行和有效利用所面临的挑战也随之增加。接下来我们就看看飞行员战斗目标瞄准所面临的挑战以及通过应用增强现实技术找到的解决方案。

战斗机驾驶舱信息显示发展历程

在过去的几十年里,军用飞机,特别是战斗机的驾驶舱设计发生了显著变化。以前,驾驶舱里装满了几十个开关、按钮和其他手动控制装置,此外还有许多高度编码的刻度盘和仪表,提供有关飞机系统、导航、武器状态、传感器读数等信息。这些信息通常以字母和数字形式呈现,其目的旨在传达关键信息并帮助飞行员形成关于飞机外发生的事情的形象表达。这种复杂的脑力处理任务超出了操作飞机、求解飞行路线、空战机动和战术交战相关问题的实际工作。这些早期设计的最大挑战是飞行员被迫花费大量时间将注意力集中在驾驶舱内读取刻度盘和仪表或解读传感器图像,而不是查看飞机外部的目标和威胁。最终结果是经常感到信息过载、极大压力和失去态势感知,所以飞行成为一个辛苦程度非常高的工作,经常有人羡慕飞行员的高待遇,但实际上没有看到飞行员背后的努力。

后来发展到多功能显示器(由按钮包围的小屏幕),其中有关飞机系统、导航、武器状态、传感器等的同样数量的信息在逻辑上组织成多个页面,而不是所有内容始终可见和呈现,极大地帮助了信息任务处理。类似地,HUD或平视显示器(通常安装在与视线水平的驾驶舱仪表板之上的透明屏幕或光学组合器)的广泛采用以及将一些驾驶舱航空电子设备信息从字母和数字转换为数字符号表示形式进一步缓解了这一负担。但在这里的主要限制因素是飞行员必须直视前方才能看到这些信息。

在这一点上,驾驶舱设计的下一个合乎逻辑的步骤是将信息显示器从HUD 单元移动到安装在飞行员头盔内或直接安装在头盔面罩上的光学元件。这样的系统允许向飞行员显示关键信息,无论他的头看向哪里,进一步将飞行员花费在飞机外部而不是驾驶舱内部的时间最大化。普遍的看法是飞行员头盔显示器可以被认为是第一个广泛部署的增强现实(AR)系统。


迄今为止,业界已为世界各地的固定翼和旋翼飞机开发出了数十种不同的头盔显示器,每种AR头盔显示器至少有以下用途之一:

  • 向飞行员显示目标、导航和飞机性能数据。
  • 实现直接的、大离轴角的目标瞄准能力,支持空对空和空对地武器作战。
  • 辅助机载传感器,如雷达和前视红外。
  • 显示传感器视频。

下图显示了两个现代的、当前部署在固定翼和旋翼飞机中的头盔显示器。

目前在美国军用飞机中使用的两个头戴式显示器。

左侧是 A-10 Thunderbolt 空军国民警卫队/空军预备役 F-16 Block 30/32 Viper 飞机中使用的 GENTEX Scorpion 头盔式提示系统。右侧是泰雷兹头盔式瞄准具和显示器,在16个国家的五个主要直升机项目中运行,包括 Cobra AH-1Z 和 Huey UH-1Y。

需要指出的是,在这类应用设置中,极宽视野的 FOV 显示器实际上被认为是一种障碍和潜在的危险。我们的目标是为飞行员提供来自机载武器和传感器瞄准套件的基本信息,而不是使视野混乱,否则可能会造成灾难性后果。

新一代AR头盔显示- F-35 联合攻击战斗机头盔显示系统

目前使用的最先进的头盔式显示系统 (HMDS) 洛克希德马丁 F-35 闪电 II 联合攻击战斗机一起部署的,代表了绝对最先进的技术水平和能力。


下面图中所示的轻型头盔内置了一个 30° × 40° 双目 FOV、高亮度、高分辨率显示器,并集成了数字夜视功能。一个完全集成的昼夜飞行武器和传感器数据可视化解决方案,配备该系统的飞机上的飞行员拥有巨大的能力,其中最重要的是通过观察目标来使武器进行瞄准。对于夜间任务,除了传感器和武器的提示信息外,系统还将夜视场景直接投射到遮光罩内部,无需单独的夜视镜。

F-35A Lightning II 头盔显示器的斜视图,它为飞行员提供了无与伦比的态势感知能力,来自安装在飞机外部的六个传感器组合的实时图像。

该系统最具创新性的功能之一是能够显示驾驶舱外世界的 360° 球形视图,就好像机身不存在一样,包括飞机下方和侧面。有时被称为“玻璃驾驶舱”,这种能力是通过光电分布式孔径系统实现的,该系统由安装在 F-35 机身周围的六个高分辨率红外传感器组成。六个传感器的重叠 FOV 混合在一起,以提供通畅的球面(4π 球面度)图像以及导弹和飞机的探测和对抗提示。 下图中的示例提供了飞行员通过将红外场景与航空电子设备和传感器数据相结合而在 HMD 中接收到的视图示例。

F-35 分布式孔径系统 (DAS) 将来自外部安装传感器的实时图像与机载航空电子系统提供的数据融合在一起。


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