增强现实座舱英国暴风迷雾中的真实?

晨枫

某种意义上，F-35的分布孔径系统（简称DAS）可以算是增强现实座舱的初级阶段。DAS通过前上、前下、后上、后下、左侧、右侧6个光电传感器阵列，提供完整的球形感知能力。也就是说，飞行员不再有因机体结构造成的观察死角，可以“看到”任何角度的目标。DAS不光提供高分辨率周视，还提供导弹预警和跟踪、导弹发射定位、红外态势感知和目标提示以及火控和夜视能力。抛开机动性等传统战斗机指标不谈，F-35在软件化、信息化方面堪称开路先锋。

海量数据的挑战

传统上，战斗机的新功能和性能升级都涉及硬件改动，软件化使得战斗机可以不改动硬件就能解锁新功能或者实现性能升级。F-35的各种武器使用能力就是火控软件分阶段升级的结果，速度和机动性包线则是在飞控软件升级中逐步解锁的。原则上，现有硬件的不同运作方式或者全新排列组合能得到的祈功能都能通过软件实现，这就是飞机软件化带来的巨大机会。

信息化的含义则比较模糊——包括高度的态势感知和网络化。信恩化不仅涉及来自本机传感器的信息，更包括来自数据链的机外信息，以及信恩融合——对大量原始信息进行自动处理提炼出来的对飞行员最有用的信息。比如说，雷达上的光点可以代表很多东西，依靠飞行员人工判读不仅需要大量的经验还占用大量的时间。但在综合敌情通报、敌我识别、对方发射的电磁信号强度与特证、对方致量、速度、高度、方向和飞行模式等信息后，有望确定目标性质，甚至敌机型号。如果“电磁指纹”数据库完整，还可能确认敌机隶属。

信息化对反隐身也有特殊意义。隐身战斗机各个方向的可探测程度并不均匀。把各个方向上的探测结果整合到一起，抓出其中的不一致，是反隐身的重要手段。

现代空中战场也是高度复杂的，战斗机要面临的不仅是空中威胁，还有地面威胁。未来的空中战场还要增加另一个维度——有人一无人搭配，下一代战斗机很可能配备无人僚机。后者势必有大量信息要与有人长机交换。蜂拥攻击是既相似又不同的、司题，大量智能弹药蜂拥向前的同时，还向战场网络注入信息，包括敌人的实力、部署和受到攻击后的反应，还有战果评估和新目标的实时再标定。

海量的信恩让如何保证信息的有效显示成为挑战，显然现有的小屏多幅甚至大屏单幅屏显势必捉襟见肘，增强现实座舱则是比较理想的解决方案。增强现实与虚拟现实既相近又不同。虚拟现实完全由人工营造出一个三维（实际上是移动的二维）景象，显示内容随头部的转动和身体的移动而实时更新，但与周围的现实完全无关。增强现实头盔则是在可见的环境图像上叠加计算机生成的信息和图像，显示内容也随头部转动和身体移动而实时更新。

显示艺术与辅助决策

增强现实座舱可看作头盔显示系统的高度发展，而头盔显示系统是由头盔瞄准具发展而来的。在米格-29和苏-27的研发中，苏联成功实现了第一代頭盔瞄准具，取得了巨大的成功。同时代的西方战斗机只有飞行员耳中的简单声响报警，必须在低头显示器或者平显上才能看到具体信息。

经过几代发展，头盔瞄准具进化到头盔显示系统，当前技术以F-35的头盔显示系统为最高水平，但DAS与目视可见环境景象依然没有直接关联。增强现实座舱要与肉眼可见以及不可见的环境景象相关联。比如说，在头部转动时，可以透过头盔显示系统的透明部分看见左前方的敌机，此时在敌机图像旁边显示距离、相对速度、相对高度、敌机类型、火控锁定状态等信恩。如果本机与友机实现网络化，还可标注是否已经被友机锁定，或者友机被该敌机锁定。

这样的信息也可在常规显屏上显示。但在敌机逼近的紧要关头，飞行员会被迫在对敌机方向的目视观察和低头研读显屏之间不断切换。保持对敌观察的增强现实显示的好处就显而易见了。

当然，信息显示的组织也是一门艺术。一般正前方视界内显示最重要的信息，视界边缘显示次要信息和提示信息，左右次之，上下再次之。人机工程研究表明，头部左右转动对颈部肌肉的负担较低，还可以得到眼球转动的帮助以减小头部转动的幅度;低头次之，但眼球经常下视容易导致瞌睡：眼球经常上视倒是有利于减少瞌睡，但经常过度抬头最容易导致颈部肌肉疲劳。

显示的目的是为了帮助飞行员作出正确决策。根据目标信息，由计算机自动提供最优武器选择，并呈现给飞行员，只要飞行员“批准”，就立刻或者在最优时刻自动发射，这样的自动辅助决策是人工智能甚至当前技术能够做到的。在理论上，这可以由计算机自动执行，但对于致命的武器发射，需要由飞行员最后把关。不管从技术可靠性还是从战争伦理出发，在可预见的将来，自动发射致命武器还是不可接受的。

显示只是自动辅助决策的一半，另一半是输入。从飞行员的生理电信号直接控制武器或者飞行可能还太科幻，至少在短期内无法做到实战所需要的可靠性。但眼球跟踪和肢体动作识别是现有技术已经能做到的。手势识别已经在汽车上开始使用，宝马7系可以通过挥手来接打电话，或者控制音响。

自动辅助决策还可以用于危急复杂情况的半自动恢复，比如发动机意外停车、飞机进入尾旋、高低空接近失速等。计算机通过增强现实显示，自动提示飞行员应采取的正确步骤，让飞机从危险状态改出。

这些也可以由计算机自动执行，排除人为误判。但实际情况永远比预想的复杂，再优化的计算机程序也只能针对已经考虑到的情况。现实与设想有所偏差时，程序执行是否能奏效就难以保证，这就是发挥飞行员的判断和主观能动性的时候了。另外，飞行员在非常特殊的情况下可能有意进入危险状态，以避免更大的危险，这也是计算机难以判别的。对于大多数情况，飞行员“批准”下的半自动恢复还是必要的。

但对于飞行员失去知觉或者突发紧急情况应付不及时，计算机要有自动判别的能力，必要时自动接管，不能傻等。比如在自动提示一定时间之后飞行员没有反应，或者再不行动就要机毁人亡，或者生理检测系统（比如心电图、脑电图）判断飞行员已经失能或者应付不过来了，这就是按照优先等级自动逐级接管部分飞行员决策的时候了。只有在需要的时候才下场、会“察言观色”的计算机才是人工智能时代人-机合作的重要形式。

增强现实座舱在平时的训练中也很有用。此时，自动辅助决策反串成为教官，自动提示新飞行员正确的动作.并确保飞行和武器安全。这样的增强现实系统在工业上已经开始使用，比如说，仪表、机修人员可以通过增强现实手段，自动获得相关的维修和操作手册.并根据现场状况和已知信息获得自动提示，帮助查错和检修。

四道难关

但增强现实座舱的实现远非轻而易举，再快的IT发展都难以解决很多关键问题，F-35的头盔显示系统研发已经揭示了这一艰难。

难关一，系统重量。过大的头盔重量无疑增加了飞行员的颈部负担，尤其是飞机进行高机动飞行时，飞行员要承受七八个g的过载，头盔重量也会增加七八信，颈椎承受的压力可想而知。而紧急状况下的弹射自救则是更大的问题，因为弹射瞬间的过载更大。

难关二，显示滞后。增强现实座舱说到底是电子显示技术的一种，任何电子显示都有成像时问。看电视有一点滞后问题不大，顶多在激烈运动场景时有点顿挫感或者虚影。但在高速运动的飛机里，滞后引起的不适在严重时可以导致晕眩。F-35头盔在初期就有这个问题，后来是靠简化功能才缩短了滞后时间。这当然是个治标不治本的权直之计，洛克希德.马丁公司计划在以后显示技术更为完善的时候，再把简化的功能加回去。不仅如此，对于增强现实座舱来说，对头部转动的探测、信号处理、图像和信息生成也都需要时间，探测眼球转动以确定飞行员的视线并以此决定显示图标或者确认飞行员的选择更需要时间。功能越复杂，显示滞后越明显。任何计算速度进步都只能缩短滞后，但更高的性能要求又重新凸显了滞后。

难关三，亮度和对比度。在环境亮度很高的时候，显示亮度和对比度必须更高，才能保证足够的可见度。在房间里可以开着灯看LCD电视，但用投影仪看电视，要效果好的话，最好还是关灯，差别就在于亮度和对比度。但为了避免看不清和刺眼，显示的亮度和对比度必须随环境和视线而实时调整。在抬头看天的时候迅速调高亮度和对比度，在低头看座舱内部的时候自动调低。另一个是防眩光保护，这对非杀伤性激光已经泛滥的时代非常重要。

难关四，可靠性。增强现实座舱可以取代所有传统显屏，即使保留部分传统显屏，大量关键信恩依然靠头盔显示，对可靠性的要求不言而喻。F-35曾经把关键的飞行和发动机信息只在头盔显示，后来被迫在传统的低头大屏上保留备份，不至于在头盔显示失效时影响飞行安全。但显示系统毕竟是显示系统，在系统断电或者全面故障时，必须依然保持很高的透明度和无失真，因此面罩上的显屏必须是纯光学的，能接受投影图标和各种图像显示，而不能是全电子的，在任何时候不能出现黑屏。

这些只是头盔显示所涉及的问题，还没有涉及头部运动、限球运动、虚拟触觉等问题。这些也都不容易做到，所以实战级的增强现实座舱还有距离，但这是非常值得关注的方向。在可靠的增强现实实现后，虚拟现实也就不远了。那时，“暗舱”座舱可以成为现实，不利于隐身的座舱盖可以取消，飞行员的座舱可以在机内任何方便的地方设置。这也意味着飞行员甚至不必在机上，可以实现有效的遥控。当然，成功的遥控还取决于通信滞后和高度自主的人工智能飞控。

有句话说，“21世纪最重要的是人才。”人才之重要不在于有力气，而在于能大量处理信息，并根据信息作出正确决策，真正花力气反而是相对不重要的部分。战斗机也是一样。速度、机动性、武器载量和性能这些“硬性能”依然重要，但信息可能才是决定胜负的。增强现实座舱正是战斗机信息化的重要一环，这或许才是BAe“暴风”概念战斗机的意义之所在

责任编辑：王鑫邦