增強現實座艙英國暴風迷霧中的真實?

晨楓

某種意義上，F-35的分布孔徑系統（簡稱DAS）可以算是增強現實座艙的初級階段。DAS通過前上、前下、后上、后下、左側、右側6個光電傳感器陣列，提供完整的球形感知能力。也就是說，飛行員不再有因機體結構造成的觀察死角，可以“看到”任何角度的目標。DAS不光提供高分辨率周視，還提供導彈預警和跟蹤、導彈發射定位、紅外態勢感知和目標提示以及火控和夜視能力。拋開機動性等傳統戰斗機指標不談，F-35在軟件化、信息化方面堪稱開路先鋒。

海量數據的挑戰

傳統上，戰斗機的新功能和性能升級都涉及硬件改動，軟件化使得戰斗機可以不改動硬件就能解鎖新功能或者實現性能升級。F-35的各種武器使用能力就是火控軟件分階段升級的結果，速度和機動性包線則是在飛控軟件升級中逐步解鎖的。原則上，現有硬件的不同運作方式或者全新排列組合能得到的祈功能都能通過軟件實現，這就是飛機軟件化帶來的巨大機會。

信息化的含義則比較模糊——包括高度的態勢感知和網絡化。信恩化不僅涉及來自本機傳感器的信息，更包括來自數據鏈的機外信息，以及信恩融合——對大量原始信息進行自動處理提煉出來的對飛行員最有用的信息。比如說，雷達上的光點可以代表很多東西，依靠飛行員人工判讀不僅需要大量的經驗還占用大量的時間。但在綜合敵情通報、敵我識別、對方發射的電磁信號強度與特證、對方致量、速度、高度、方向和飛行模式等信息后，有望確定目標性質，甚至敵機型號。如果“電磁指紋”數據庫完整，還可能確認敵機隸屬。

信息化對反隱身也有特殊意義。隱身戰斗機各個方向的可探測程度并不均勻。把各個方向上的探測結果整合到一起，抓出其中的不一致，是反隱身的重要手段。

現代空中戰場也是高度復雜的，戰斗機要面臨的不僅是空中威脅，還有地面威脅。未來的空中戰場還要增加另一個維度——有人一無人搭配，下一代戰斗機很可能配備無人僚機。后者勢必有大量信息要與有人長機交換。蜂擁攻擊是既相似又不同的、司題，大量智能彈藥蜂擁向前的同時，還向戰場網絡注入信息，包括敵人的實力、部署和受到攻擊后的反應，還有戰果評估和新目標的實時再標定。

海量的信恩讓如何保證信息的有效顯示成為挑戰，顯然現有的小屏多幅甚至大屏單幅屏顯勢必捉襟見肘，增強現實座艙則是比較理想的解決方案。增強現實與虛擬現實既相近又不同。虛擬現實完全由人工營造出一個三維（實際上是移動的二維）景象，顯示內容隨頭部的轉動和身體的移動而實時更新，但與周圍的現實完全無關。增強現實頭盔則是在可見的環境圖像上疊加計算機生成的信息和圖像，顯示內容也隨頭部轉動和身體移動而實時更新。

顯示藝術與輔助決策

增強現實座艙可看作頭盔顯示系統的高度發展，而頭盔顯示系統是由頭盔瞄準具發展而來的。在米格-29和蘇-27的研發中，蘇聯成功實現了第一代頭盔瞄準具，取得了巨大的成功。同時代的西方戰斗機只有飛行員耳中的簡單聲響報警，必須在低頭顯示器或者平顯上才能看到具體信息。

經過幾代發展，頭盔瞄準具進化到頭盔顯示系統，當前技術以F-35的頭盔顯示系統為最高水平，但DAS與目視可見環境景象依然沒有直接關聯。增強現實座艙要與肉眼可見以及不可見的環境景象相關聯。比如說，在頭部轉動時，可以透過頭盔顯示系統的透明部分看見左前方的敵機，此時在敵機圖像旁邊顯示距離、相對速度、相對高度、敵機類型、火控鎖定狀態等信恩。如果本機與友機實現網絡化，還可標注是否已經被友機鎖定，或者友機被該敵機鎖定。

這樣的信息也可在常規顯屏上顯示。但在敵機逼近的緊要關頭，飛行員會被迫在對敵機方向的目視觀察和低頭研讀顯屏之間不斷切換。保持對敵觀察的增強現實顯示的好處就顯而易見了。

當然，信息顯示的組織也是一門藝術。一般正前方視界內顯示最重要的信息，視界邊緣顯示次要信息和提示信息，左右次之，上下再次之。人機工程研究表明，頭部左右轉動對頸部肌肉的負擔較低，還可以得到眼球轉動的幫助以減小頭部轉動的幅度;低頭次之，但眼球經常下視容易導致瞌睡：眼球經常上視倒是有利于減少瞌睡，但經常過度抬頭最容易導致頸部肌肉疲勞。

顯示的目的是為了幫助飛行員作出正確決策。根據目標信息，由計算機自動提供最優武器選擇，并呈現給飛行員，只要飛行員“批準”，就立刻或者在最優時刻自動發射，這樣的自動輔助決策是人工智能甚至當前技術能夠做到的。在理論上，這可以由計算機自動執行，但對于致命的武器發射，需要由飛行員最后把關。不管從技術可靠性還是從戰爭倫理出發，在可預見的將來，自動發射致命武器還是不可接受的。

顯示只是自動輔助決策的一半，另一半是輸入。從飛行員的生理電信號直接控制武器或者飛行可能還太科幻，至少在短期內無法做到實戰所需要的可靠性。但眼球跟蹤和肢體動作識別是現有技術已經能做到的。手勢識別已經在汽車上開始使用，寶馬7系可以通過揮手來接打電話，或者控制音響。

自動輔助決策還可以用于危急復雜情況的半自動恢復，比如發動機意外停車、飛機進入尾旋、高低空接近失速等。計算機通過增強現實顯示，自動提示飛行員應采取的正確步驟，讓飛機從危險狀態改出。

這些也可以由計算機自動執行，排除人為誤判。但實際情況永遠比預想的復雜，再優化的計算機程序也只能針對已經考慮到的情況。現實與設想有所偏差時，程序執行是否能奏效就難以保證，這就是發揮飛行員的判斷和主觀能動性的時候了。另外，飛行員在非常特殊的情況下可能有意進入危險狀態，以避免更大的危險，這也是計算機難以判別的。對于大多數情況，飛行員“批準”下的半自動恢復還是必要的。

但對于飛行員失去知覺或者突發緊急情況應付不及時，計算機要有自動判別的能力，必要時自動接管，不能傻等。比如在自動提示一定時間之后飛行員沒有反應，或者再不行動就要機毀人亡，或者生理檢測系統（比如心電圖、腦電圖）判斷飛行員已經失能或者應付不過來了，這就是按照優先等級自動逐級接管部分飛行員決策的時候了。只有在需要的時候才下場、會“察言觀色”的計算機才是人工智能時代人-機合作的重要形式。

增強現實座艙在平時的訓練中也很有用。此時，自動輔助決策反串成為教官，自動提示新飛行員正確的動作.并確保飛行和武器安全。這樣的增強現實系統在工業上已經開始使用，比如說，儀表、機修人員可以通過增強現實手段，自動獲得相關的維修和操作手冊.并根據現場狀況和已知信息獲得自動提示，幫助查錯和檢修。

四道難關

但增強現實座艙的實現遠非輕而易舉，再快的IT發展都難以解決很多關鍵問題，F-35的頭盔顯示系統研發已經揭示了這一艱難。

難關一，系統重量。過大的頭盔重量無疑增加了飛行員的頸部負擔，尤其是飛機進行高機動飛行時，飛行員要承受七八個g的過載，頭盔重量也會增加七八信，頸椎承受的壓力可想而知。而緊急狀況下的彈射自救則是更大的問題，因為彈射瞬間的過載更大。

難關二，顯示滯后。增強現實座艙說到底是電子顯示技術的一種，任何電子顯示都有成像時問。看電視有一點滯后問題不大，頂多在激烈運動場景時有點頓挫感或者虛影。但在高速運動的飛機里，滯后引起的不適在嚴重時可以導致暈眩。F-35頭盔在初期就有這個問題，后來是靠簡化功能才縮短了滯后時間。這當然是個治標不治本的權直之計，洛克希德.馬丁公司計劃在以后顯示技術更為完善的時候，再把簡化的功能加回去。不僅如此，對于增強現實座艙來說，對頭部轉動的探測、信號處理、圖像和信息生成也都需要時間，探測眼球轉動以確定飛行員的視線并以此決定顯示圖標或者確認飛行員的選擇更需要時間。功能越復雜，顯示滯后越明顯。任何計算速度進步都只能縮短滯后，但更高的性能要求又重新凸顯了滯后。

難關三，亮度和對比度。在環境亮度很高的時候，顯示亮度和對比度必須更高，才能保證足夠的可見度。在房間里可以開著燈看LCD電視，但用投影儀看電視，要效果好的話，最好還是關燈，差別就在于亮度和對比度。但為了避免看不清和刺眼，顯示的亮度和對比度必須隨環境和視線而實時調整。在抬頭看天的時候迅速調高亮度和對比度，在低頭看座艙內部的時候自動調低。另一個是防眩光保護，這對非殺傷性激光已經泛濫的時代非常重要。

難關四，可靠性。增強現實座艙可以取代所有傳統顯屏，即使保留部分傳統顯屏，大量關鍵信恩依然靠頭盔顯示，對可靠性的要求不言而喻。F-35曾經把關鍵的飛行和發動機信息只在頭盔顯示，后來被迫在傳統的低頭大屏上保留備份，不至于在頭盔顯示失效時影響飛行安全。但顯示系統畢竟是顯示系統，在系統斷電或者全面故障時，必須依然保持很高的透明度和無失真，因此面罩上的顯屏必須是純光學的，能接受投影圖標和各種圖像顯示，而不能是全電子的，在任何時候不能出現黑屏。

這些只是頭盔顯示所涉及的問題，還沒有涉及頭部運動、限球運動、虛擬觸覺等問題。這些也都不容易做到，所以實戰級的增強現實座艙還有距離，但這是非常值得關注的方向。在可靠的增強現實實現后，虛擬現實也就不遠了。那時，“暗艙”座艙可以成為現實，不利于隱身的座艙蓋可以取消，飛行員的座艙可以在機內任何方便的地方設置。這也意味著飛行員甚至不必在機上，可以實現有效的遙控。當然，成功的遙控還取決于通信滯后和高度自主的人工智能飛控。

有句話說，“21世紀最重要的是人才。”人才之重要不在于有力氣，而在于能大量處理信息，并根據信息作出正確決策，真正花力氣反而是相對不重要的部分。戰斗機也是一樣。速度、機動性、武器載量和性能這些“硬性能”依然重要，但信息可能才是決定勝負的。增強現實座艙正是戰斗機信息化的重要一環，這或許才是BAe“暴風”概念戰斗機的意義之所在

責任編輯：王鑫邦