戰斗單兵計算機的需求

未來戰場將向數字化方向發展，戰斗單兵裝備成為信息化戰場的基礎節點，計算機則是戰斗單兵裝備信息化的“心臟”，為士兵提供 C4ISR（Command，Control，Communications，Computers，Intelligence，Surveillance and Reconnaissance）能力，即指揮、控制、通信、計算機、情報、監視與偵察能力，使單兵與整個數字化戰場連接起來，成為數字化戰場、數字化部隊的基本組成單元。

單兵有多種，如第一線的戰斗單兵、特種部隊的偵察單兵、航空等遠程火力的前哨單兵、裝備技術保障的維修單兵……，不同單兵對單兵計算機有著不同要求。本文以戰斗單兵為主探討單兵對計算機的需求，并兼顧其他單兵的共性要求。

單兵計算機是20世紀90年代中期開始出現的一種新型電腦。單兵計算機追求以人為本，要使計算機適應人而不是讓人去適應計算機，使其更智能化，一致和連續地輔助士兵戰斗。單兵計算機應采用多通道交互技術，能主動感覺到士兵的狀況和環境變化，能了解士兵的精神狀態，并可自主地作出適當響應，自動輔助或提醒士兵。為此，先進的交互方式成為單兵計算機最具挑戰性的課題之一。

機動性

質量——最輕，體積——最小，耗能—— 最低。可以用外形尺寸、功率消耗、總體質量等定量指標衡量，還要加上非雙手操作等定性要求。

穿戴性

單兵計算機需要穿戴在士兵身上執行戰斗任務，其穿戴性主要從以下幾方面考慮：

——各部件在人體上的布局（安裝位置）；

--各部件不影響人的不同活動；

——各部件分布在人體不同部位的質量的平衡；

——各部件的熱耗散對人體的影響；

——穿戴者的整體外觀；

——對各部件的操作控制。

網絡

單兵計算機一般很少在獨立場合下工作，它的網絡能力在實際應用中非常突出。其主要要求是具有無線傳輸能力、拓撲結構無中心隨機自組能力、傳輸越障（樓群、地下室、叢林等）能力。網絡節點數不少于9個。單兵計算機的網絡能力一般由如下指標衡量：

數據傳輸速度；不同障礙下的數據通信距離；網絡連接的可靠性。

環境

其工作溫度應能達到-10℃～55℃，貯存溫度達到-30℃～60℃，海拔高度達到0～3km。

牢固性

耐水，抗沖擊和意外墜落（1.5m高自由跌落在水泥地上），無故障工作時間不少于7 000小時。

硬件結構

一個完整的計算機系統主要由以下幾部分組成：微處理器單元、存儲器單元和各種類型的外圍設備，各部分之間由總線相連。

計算機的輸入和輸出采用USB接口，具有通用、高速、可擴展、熱插拔特性，提高計算機的集成度。目前一些樣機采用的主模塊基本是嵌入式系統，但單兵計算機不應歸屬于嵌入式系統，這類主模塊并不適合單兵計算機。所以應開發專用于單兵計算機的主模塊或類似組件。

操作命令的輸入方式不宜用鍵盤，應用語音、觸摸屏、手寫板以及快捷鍵方式，因為戰斗中士兵的雙手需要時時緊握武器。士兵的指令平時主要用語音；戰場靜默時用觸摸屏；手寫板只是備用設備。

目前單兵計算機還都是采用傳統的標準配件，這給單兵計算機小型化、可靠性等帶來困難，所以急需研制適合單兵計算機的標準配件，這樣才能降低單兵計算機開發和制造難度，降低成本。

進一步，未來單兵計算機應采用柔軟材料（或部件）制成，與軍服融為一體。目前國外在研究聰明織物（Smart Fabric）和“軟印制板”方面已取得了一些成果。中國科學院也已研制出超雙疏性界面材料，經過這種材料處理過的織物可以防水、防油、防污，透氣性好，臟了只要用水沖洗就干凈了，還具有殺菌、防輻射、防霉等功能。將聰明織物與超雙疏性界面材料結合起來甚為理想，到那時，單兵計算機就可以變成真正的穿戴計算機（Wear Compt），攜行舒適、方便。

顯示器應采用頭戴式，這是單兵計算機與普通計算機在硬件構成上的主要區別之一。它支持了單兵計算機的獨特人機交互方式，適于運動狀態中使用。

計算機外設系統包括攝像頭、耳機、話筒、手寫板、觸摸屏、電臺、GPS、環境傳感器和人體生理參數傳感器等。攝像頭、觸摸屏在武器上，耳機、話筒在頭盔上，手寫板在衣袋里，電臺、GPS和計算機在一起，環境傳感器和人體生理參數傳感器在武器或單兵身上。其他種類的單兵根據需要配置系統。一般說來，輸入接口類型可以包括RS232串口（供手寫板、無線通信設備、 GPS使用）、1個USB接口（攝像頭）及用于連接耳機和話筒的ISA總線音頻接口。但由于多種外設不是同時工作，總線的12Mbytes帶寬是夠用的。可以考慮應用USB作為外圍設備的統一總線，對于單兵計算機的可裁剪設計特性提供有效的硬件支持。

軟件

目前國際上單兵計算機的操作系統主要采用桌面機系統和嵌入式系統，一般更傾向于采用Linux，或基于Linux的嵌入式系統。但桌面機模式和一般嵌入模式不能很好地支持單兵計算機特征和功能，所以應該探索和研究全新概念的單兵計算機操作系統、軟件支持和計算環境。單兵計算機是近幾年才興起的研究熱點，所以對單兵計算機軟件支持系統方面的研究相對薄弱，有許多問題亟待解決。軟件的研究應考慮單兵計算機的以下特殊背景：

（1） 單兵計算機的超微型化、輕型化和可穿戴性決定了它是一個資源非常受限的平臺，而單兵計算機的某些性質和應用決定了單兵計算機是非常消耗資源的，單兵計算機本身資源不能滿足要求。

（2） 單兵計算機應具備無需用手的操作性能，需要新的人機交互方式和操作模式的支持。語音輸入是單兵計算機最重要和最有潛力的輸入技術之一，但現在還存在識別速度、識別正確率等問題，特別是噪聲環境下的識別率還不夠理想。

（3） 根據環境和任務的改變，單兵計算機需要動態更新硬件和軟件配置。不同兵種的單兵需用不同的單兵計算機，戰斗單兵計算機應成為其他各種單兵計算機的基礎機型。

（4） 未來單兵計算機可能是在一個“無處不在的計算”環境中運行。“泛算” 模式和它的發展將對單兵計算機未來的運作框架和支持模式有著重大的影響，成為單兵計算機軟件支持系統研究的重點之一。

（5） 單兵計算機具有高度的移動性，使其必然需要依靠移動通信，但移動通信條件受限，例如可用性、帶寬、不對稱性及可靠性等限制。

（6） 網絡是擴充單兵計算機資源的主要途徑，但這要解決好移動通信、計算和存儲負擔的分配問題，特別是在現有移動通信條件受限的情況下，還不能過分依賴網絡。

（7） 抗干擾、防病毒。

（8） 惡劣使用環境下的穩定性。

軟件模塊組成：

——GIS（地理信息系統）及GPS模塊；

——視頻采集及壓縮、解壓縮模塊；

——語音采集及壓縮、解壓縮模塊；

——語音控制模塊；

——加密解密的通信發射接收模塊；

——手寫識別模塊；

——組網通信模塊；

——數據庫管理模塊。

計算機處理能力

由于特殊場合的需要，單兵計算機要具有較高的處理能力，主要從以下方面衡量：

——文字圖表處理能力；

——對語音的壓縮與解壓縮的速度和重現能力；

——對圖像的壓縮與解壓縮的速度和重現能力；

——對地圖修訂處理能力，能與上級共享戰場態勢，進行圖上折線、直線里程計算；

——浮點處理能力；

——單位時間執行指令數；

——提示能力（上級有命令下達時、友鄰呼叫時、使用者注意力不集中時）；

另外，單兵計算機還應能通過電臺以靜態圖像方式向上級發送信息，應能嵌入GPS，綜合定位定向。

電源

隨著電子器件超微型化的發展，單兵計算機愈趨微型化、輕型化，然而電池所占比重卻愈趨增大。例如，美國卡內基-梅隆大學（承擔美軍維修單兵計算機和偵察單兵計算機研制的單位）的VuManl的電池占系統總質量的 20%，VuMan2的電池占系統總質量的50%，Navigatorl的電池竟然占系統總質量的70%。由此可見，電源成了單兵計算機微型化、輕型化的主要障礙。單兵計算機的堅固性決定了它要消耗更多的電能，因此高效能源對單兵計算機顯得尤為重要。目前單兵計算機所用電源主要是電池，但在短時間內，電池在體積、質量和容量方面不會有很大的改進。現在能量密度高的電池，除了采用鋰電池外，還出現了一種納米電池。

對于單兵計算機的能源問題需要從兩個方向進行研究。合理利用能源是解決問題的途徑之一，如選用節能的處理器及其他器件，以盡量減少對硬件配置的要求。未來，除了高效微型電池之外，可利用的能源就是體能發電了。麻省理工學院和英國科學家研究的鞋式發電系統，利用人行走產生的能量發電，是很好的思路。◆ (編輯/樵 夫)