 VSI公司的联合头盔目标提示系统 2020年3月，美国防部正研究改进F-35闪电II上有机发光二极管（OLED）头盔显示器（HMD），包括绿色辉光问题、漏光问题以及使HMD的寿命超过预期4年以上，以降低维护成本。第一批满足联合合同规范要求、重新设计的OLED头盔显示器已交付美海军和美海军陆战队。2021年11月，美国Kopin公司获得了F-35头盔液晶显示器的后续订单，继续为该机提供高亮度液晶显示器。迄今为止，该公司已为F-35飞行员的头盔提供了数千个微型显示器。此外，2022年1月，美空军正在寻求一系列F-22战斗机升级改造计划，探索14种潜在的F-22升级计划，包括集成泰雷兹集团蝎子头盔显示/武器提示系统等。 2022年3月，欧洲装备采购局（OCCAR）授予空客直升机公司合同，为法国、西班牙和德国升级虎Mk III攻击直升机，其标准配置包括泰雷兹集团顶点猫头鹰DD头盔瞄准显示系统、FlytX航电系统，集成化赛峰集团Strix NG瞄准具等。2021年10月，美陆军授予埃尔比特系统公司一份最大7600万美元AH-64阿帕奇直升机综合头盔和显示瞄准系统（IHADSS）合同，以提升美陆军武装直升机态势感知能力和飞行安全性。 战斗机座舱的显示是非常重要的人机界面：该昂贵（每副头盔价格为40～80万美元）、能够“看穿”战斗机无舷窗部分的高技术头盔远不只是一个头盔，而是一个“作业区”——既提供战场的显示，又提供态势的感知。自20世纪80年代中期以来，平板显示器及头盔显示器的研制取得了很大进展，并在F-22、阵风等先进战斗机上得到应用，标志着座舱显示进入第六代——头盔显示、平板显示时代，为现代作战飞机的座舱显示提供了坚实的物质基础。  F-35战斗机上的头盔显示系统 头盔显示/瞄准系统的人机工效要求对头盔显示/瞄准系统（HDSS）显示的人机工效要求包括：①应采用形象、直观并与人的认知特点相匹配的显示格式显示所需信息，使传递信息的格式能直接表达信息的内容，以减少译码的错误，迅速、准确地获取信息;②明确信息显示的目的;③使用利于识读的格式，增强显示格式与所表示意义之间的逻辑关系。 头盔显示/瞄准系统的演变军用头盔显示/瞄准系统是随着固定翼和旋转翼飞机飞行员头盔上安装夜视成像，和充分发挥人类作用的头戴式瞄准具需求的增长而发展起来的。夜视护目镜（或夜视镜，NVG）是夜战能力演化发展的结果，通过使现有的视场（FOV）扩大1倍多，从而提高飞行员的整体态势感知能力和安全性，促成飞行员在夜间实现近白昼的战术，缩短了处于威胁空域的时间，并提高了瞄准和跟踪能力。 军用航空领域基于像增强管（I2T）技术、飞行员直视的夜间观察设备/夜视镜（NOD/NVG）已使用了近30年。20世纪80年代美军开展了综合夜视系统头盔开发的竞赛，目标是降低佩戴外置、可夹置式NVG的重心补偿作用。第三代I2T NVG已能够在仅有星光的晴朗夜间提供达到20/25视觉效果（斯纳仑氏图表测得的视敏度，即在环境照度为25时，显示的亮度是20）的性能;FOV从最初的30º提高至45º。当前军用航空领域的主力NVG采用40ºFOV（AN/AVS-6和AN/AVS-9），其主要设计特征是于昂贵的高分辨率下拥有最广的FOV。 由于作战人员希望找到一种观看敌机而非平视显示器（HUD），即可发射AIM-9X导弹的方法，20世纪90年代开始了第二轮HMD研制高潮。最终洞察技术公司开发出了装备F-15、F-16和F/A-18战斗机、支持夜视的联合头盔目标提示系统（JHMCS），由机载计算机为飞行员的目视视线提供地理坐标参考。  F-35战斗机头盔显示系统刊登于《大众科学》杂志封面上 F-35的三种改型都配备了罗克韦尔·柯林斯ESA视景系统公司生产的第三代头盔显示系统（HMDS），这种头盔内置两个液晶显示器，能同时为双眼提供彩色图像。 头盔显示/瞄准关键技術HMDS旨在能够在夜间实施近白昼的战术作战，并显示HUD的数据以及摄录飞行员视角方向的视频信息，为飞行员的右眼提供20º窄视场（或40º宽视场），在促成飞行员于头盔显示器上看到雷达和导航字符的同时，获得近距空-空导弹的提示信息，辅助飞行员在夜间鉴别地形、探测目标和提示武器，减轻了飞行员驾驶飞机，探测、跟踪和打击目标，应对紧急情况的工作负荷，最早于以色列空军中使用。美空军和海军则采用与美陆军虚拟座舱优化项目（VCOP）类似的底线方式，为驾驶员提供平视的3D视觉、听觉和触觉能力。本质上，投影到HMD取景器上的信息与投影到飞机HUD上的信息相同，但由于组合头盔提示/瞄准系统中还包含一个电磁头位跟踪装置，佩戴HMD系统的飞行员能够在监控飞行参数的同时，瞄准并选择他的目标和武器。 HMDS的关键组件包括HUD、HMD和头盔提示/瞄准系统，其关键技术是跟踪（瞄准线测量）技术和瞄准线显示技术。此外，组合头盔提示/瞄准字符系统与夜视功能的HMD已在应用中取得巨大的成功。 目前，头盔显示器采用微显示器作为信息输出元件，其一般的有效显示屏对角线尺寸为5.6～17.5mm;像素数为320×240～1280×1024;像素尺寸为10～50µm，分辨率约为直读式LCD像素尺寸（0.28mm）的10倍。  Q -Sight头盔光学瞄准具 F-35飞机上的联合头盔目标提示系统（JHMCS）是一个置于轻型HGU 55/P头盔壳上的模块化头盔瞄准具，是一个单目、基于CRT的系统，包含白昼模块和黑夜模块。白昼模块是一个于取景器上显示画面的单目、20ºFOV投影显示器;供选的黑夜模块包括飞行员夜视成像系统（ANVIS）的40ºFOV夜视提示显示器（NVCD）或于取景器上直接投射画面的“四眼”（Four-Eyes）全景NVG的NVCD（100º×40ºFOV，海军型）。该系统还包含一套可插入夜视屏的字符系统或视频系统、一个高精度电磁头位跟踪系统，于遍及座舱罩的关注域内为飞行员提供完全的态势感知能力。 NVCD使用了一套飞机和武器字符系统，向飞行员头盔取景器上直接投射字符和图像，促成飞行员于HMD上看到雷达和导航字符的同时，还获得近距空-空导弹的提示信息——飞行员或射击员能够目视标记、识别导弹的目标;还可观察地面目标，头盔引导系统可使飞行员简单地保持凝视一会儿就锁定目标——自动指挥瞄准吊舱中的前视红外（FLIR）摄像机锁定目标;由高置信度、可变焦FLIR生成的视频随即显示在下视显示器上，供机组人员分析可能的目标和确定行动的路线。该信息仅为右眼显示，归属于单目型;夜间作战时，操作员需取下取景器，将NVCD扣紧传统的护目镜。 2016年4月，Elbit系统公司推出了JHMCS II，它是全球最高分辨率、彩色、智能和视频取景器投影系统，适用于昼和夜环境，拥有唯一于傍晚或黎明飞行时促成飞行员方便转换工作模式的能力。JHMCS II独创的头位跟踪技术促成飞行员对准处于任何方向的传感器和武器，同时接收增量的态势感知信息，在驾驶舱内生成智能化视景;飞行员与机组人員之间的显示也相互融合;威胁和未知目标投影显示于一个全方位、直觉化显示的取景器上，已应用于F-16、C-130等飞机上。 头盔显示/瞄准系统在头盔显示/瞄准系统领域中，两大制造商的两大项目分别是RCEVS公司F-35上的头盔显示系统，以及AE系统公司“欧洲战斗机”上的Q-Sight射击员远距瞄准系统。 RCEVS公司的F-35战斗机头盔显示系统。F-35 Gen III“轻”（Light）HMDS是一款具有先进特点、完全昼/夜集成度的解决方案，旨在提高飞行员作战的精度、效率和安全性。利用该系统，佩戴该产品的飞行员能够保持其对周边环境的空间定向和持续监视关键飞行信息，通过使武器瞄准某个目标而监视这个目标，并于其HMDS视场内高品质地控制所显示的字符系统和信息。 该Gen III HMDS集成了HMD、HUD和直接于取景器上投影显示的夜视技术三大先进技术。相对于Gen II HMDS，主要升级包括改进型夜视摄像机、改进型液晶显示器、自动对准技术以及改进的软件。 佩戴一副显示于双眼的双目HMDS和免去HUD是F-35飞机的关键特征之一。该HMDS使用2个对角线0.7in、1280×1024像素的AMLCD投影仪，置于头盔的两侧，显示覆盖的图像和字符系统;夜视成像通过光学系统中继至一个40º×30º（水平×垂直）双目视场上。飞行员看到的是一个离轴、虚拟的HUD，30ºFOV，显示飞机的具体性能、威胁信息和目标提示，免去了姿态指示器;采用JHMCS的字符系统;引入一台置于头盔上方的前视夜视探测器和诺格公司分布式孔径系统（DAS）中围绕飞机安装的6台3～5微米波长红外摄像机生成的实时成像;在触敏式下视平板显示器上有一个HMD页。作为虚拟HUD，F-35成为近50年来首款免去传统HUD的战术战斗机。 集成化夜视能力是其为F-35飞行员提供的另一大主要优点。从飞行员角度看，该HMDSiMG7RPxmG14kw9sy+rzRjA==的最大改变是在头盔内引入了一台黑夜摄像机，约是上一代HMDS性能的2倍。如果飞行员想要观看红外成像，则启用DAS;如果飞行员想要观看增强的图像，则启用头盔摄像机。  攻击者II下一代头盔显示系统 显示的画面还能够简化。可移走相关的信息层，这样显示画面就降至领悟任何高密度战术态势刚好所需的最低显示信息;可定制显示的画面。此外，罗柯公司在驾驶杆上留有多个HMDS控制开关，促成佩戴该系统的飞行员在DAS和像增强摄像机之间的转换;头盔前方和后方的弧度调整也大大简化。 Gen III HMDS 于2007年4月首飞。2016年3月，F-35飞机成功完成了首次组合全部3项降低飞行员弹射过程中颈部受伤风险方案的台车试验;联合项目办公室（JPO）又组合轻型、中型和重型假人、开展了约10次试验，2016年底，推出了更轻的头盔，与其弹射座椅的推出时间段保持一致。 2016年1月，F-35头盔显示系统入选美国《大众科学》杂志2016年1/2月号封面，并附文《最新的战斗机驾驶员》一文。JPO空军中校称F-35的头盔好似“在头上佩戴了一台便携式电脑”。 BAE系统公司的Q-Sight头盔光学瞄准具。BAE系统公司利用其特有的光学系统制成了战斗机飞行员用轻型Q-Sight射击员远距瞄准系统（GRSS）头盔光学瞄准系统。2010年11月，向英国皇家海军交付了首套Q-Sight，应用于欧洲战斗机上。其先进任务能力满足经济可承受性、兼容现役头盔的设置和夜视镜的要求，还大大增强了精确性和目标识别能力。 该轻型Q-Sight HMD源于用户定制光学系统的开发：把航炮上热武器瞄准具（TWS）获得的成像远距显示在航炮手头盔的“透视”显示器上;可与TWS互连，在护目镜与TWS之间无缝地转换、截获、跟踪和击中目标，提高航炮手打击目标的有效性和精度。它是一种夹置于头盔上的小型装置，重量不足4盎司，利用了该公司专利的全息波导制导光线成像技术（BAE公司称量子技术），将LCD的输出直接耦合至一个带有组合透镜的智能磁卡，在一块信用卡厚的透明显示屏上显示飞行和任务信息及视频图像，提供昼/夜“平视、眼朝机外”能力，免去了中间的庞大、复杂投影机和透镜。 Q-Sight的低成本、轻质显示器可依据用眼习惯安装至头盔的右侧或左侧，即插即用于任何标准的头盔上，不修改平台而替换已有的显示;其光学技术具有与标准夜视镜的高兼容性和可互操作性，实现了昼/夜连续作战之间的无缝过渡。 Q-Sight系统的轻型化、高清晰度特点缓解了眼睛和颈部的紧张和常见问题，满足了飞行员执行长期任务、日益增长约定规则复杂性的需要，提高了人机工效。头盔的轻重量提高了飞行员的舒适性，宽视场允许飞行员在执行任务的同时抬头和查看机外世界。 BAE系统公司“攻击者II”下一代头盔显示/瞄准系统。在2014年范堡罗航展上BAE系統公司展示了攻击者II下一代头盔显示/瞄准系统，该HMD的特点是于一套取景器上投影显示的系统内引入夜视和目标跟踪技术。  蝎子头盔提示系统具有彩色符号显示能力 攻击者II头盔又被称为头部设备组件（HEA）或头盔瞄准系统（HMSS），夜视传感器位于飞行员双眼眉心上方，采用有源像素夜视传感器技术，无需外挂夜视镜，所拍摄的夜视图像直接由头盔内置处理器进行处理，避免延迟;跟踪系统引入全新的LED头位跟踪技术，确保飞行员头部位置与机载计算机系统“连续地同步”，图像通过40º×32º视场的液晶显示屏投射到遮光镜上;引入组合光电-惯性技术，提高了显示器上导航字符的刷新率。 攻击者II升级为1920×1080像素、完全重叠的彩色双目的全高清彩色显示器，日光下清晰可读，适用于云层上方的明亮日光环境;数字图像处理技术拥有一个完全兼容模拟接口，使传统战斗机同样能使用这种数字化头盔;头盔的视场、舒适度和沉浸感夜视效果都远超传统夜视镜。 泰莱斯公司工业级增强现实性顶点猫头鹰头盔瞄准具显示器。在2011年巴黎航展上，泰莱斯公司首次展示了其高性能顶点猫头鹰头盔瞄准具显示器，可为直升机飞行员呈现一幅周边的虚拟画面;引入了于苛刻目视条件下增强直升机驾驶员态势感知的增强现实能力，已被16个国家的武装部队选用，如美海军陆战队的UH-1Y和AH-1Z。 作为首个工业级产品，顶点猫头鹰头盔瞄准具显示器增强现实性HMSD，将人工合成的周边环境视景等画面正好投射在遮光镜上的双目、完全重叠的40º视场上，显示飞行数据和符号系统，可用于控制机炮、火箭和导弹;合成视景实时生成，并添加到实际的地形视景上，画面中的数据源于集成化数据库、GPS定位和航向数据以及TopOwl上精确的飞行员瞄准线测量数据。  埃尔比特系统公司直升机综合头盔和显示瞄准系统 头盔两侧外挂着夜视镜，单击一下顶点猫头鹰头盔瞄准具显示器系统，就能够在像增强投影与高分辨率红外成像投影之间转换，在降级目视环境（DVE）条件下提高能见度和飞行安全性，如夜间飞行、灯火管制或因刺目白色反光造成的乳白天空情况下。 顶点猫头鹰头盔瞄准具显示器拥有保持手动驾驶性能的字符系统、漆黑夜视性能以及舒适和低疲劳感的精确目标瞄准性能，军用夜视性能达到了5级（于无月亮、无周边光源、无星光的多云夜晚的能见度水平），这带来了实实在在的作战优势。 泰莱斯公司蝎子头盔提示系统。蝎子头盔提示系统（HMCS）现已装备美国空军的F-16 Block 30和A-10C，成为这两种飞机的标准装备。该头盔采用位于飞行员眼睛和夜视镜之间的超薄彩色单片式右眼显示器，视场26º×20º，可显示武器瞄准和关键飞行数据;更重要的是兼容夜视镜，始终可以显示彩色的符号系统，客户能根据作战需要和航空惯例选择显示红色、橙色或绿色符号。 该头盔是作战的“力量倍增器”，除了在可能的降级目视环境（DVE）下提供目标提示外，还以全色字符显示出来，方便目标照射，并协同机载探测器分派感兴趣的目标。蝎子HMCS直接加装于标准头盔上，可在头盔显示器/制导显示器之间无缝转换，提供了飞行机队全部必需的装备，有利于产品的维护，同时降低了飞机的全寿命周期成本。 埃尔比特系统公司直升机综合头盔和显示瞄准系统。AH-64阿帕奇武装直升机采用的综合头盔和显示瞄准系统能把瞄准信息和红外图像直接投射到单片显示器上，头盔也能直接控制30mm M230链炮和机鼻传感器。目前正在研制具有更强能力的阿帕奇飞行员综合头盔（AAIH）。 头盔显示/瞄准系统的发展展望HMDS可以认为是能随头部转动的HUD，它的瞄准系统能跟踪飞行员头部位置，并让其他目标传感器和武器位标器跟踪头盔瞄准线，然后把作战飞行信息显示在头盔护目镜上，这不但可以克服HUD视界固定、视线受限的缺点，还能确实做到减轻飞行员负担。现阶段，由于HMD显示的信息容量有限，还难以完全取代HUD;稳妥的方法是先以HUD为主、HMD为辅;进一步地以HMD为主、低矮型HUD为辅;随着HMD技术的成熟和性能提高，最终取代HUD。 从某种程度上讲，HMDS作为一种“力量倍增器”系统，为当今普遍存在的座舱显示问题提供了一种比较理想的解决途径，如在美国JSF战斗机上就已经以先进的HMD取代了HUD。 责任编辑：侯 琳 |
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