人工智能在直升機航空電子系統中的應用

【摘要】在現代戰爭形勢日趨信息化、智能化的背景下，將人工智能應用于武器裝備已經是大勢所趨。針對直升機飛行任務的特征，對其發展狀況進行了描述，并對其作業能力進行了分析，探索了人工智能技術在直升機航電系統中的應用方向，為推進人工智能在直升機上的轉化與應用奠定基礎。通過對國外先進直升機智能技術的運用現狀及對其作業能力的要求進行分析，探索將人工智能技術應用于直升機航電系統的發展趨勢，為推進人工智能技術在直升機領域的轉化與應用奠定基礎。

【關鍵詞】人工智能|直升機|航空電子系統|應用

隨著現代戰爭形式從以平臺為主轉向以信息為主導的網絡中心戰，信息化、智能化是戰爭形態演化的主流趨勢。直升機是空戰中的主要戰斗單位，它反應迅速、機動靈活、火力強、具備空中打擊、空中機動和空中支援的優勢，對地-空一體化作戰具有十分重要的意義。機載電子系統是直升機信息化平臺的基礎，對有效應對信息化戰爭，適應持續變化的作戰方式，增強作戰能力，增強對目標的打擊能力，以及提高自己的生存力，都具有十分重要的意義。將人工智能應用于直升機航電系統中，對其進行性能與智能化改造，是實現其適應低空、超低空任務的必要手段，是提升其作戰效能、安全性及生存能力的重要手段，也是提升其對作戰效能的貢獻率的重要指標。

一、直升機智能航空電子系統概述

（一）駕駛員助手系統

美國軍方自20世紀80年代起開展了對駕駛員助手系統（RPA）的研究，并且在有人協同和無人協同等演示項目中得到相應完善。RPA是一種具有代表性的專家系統，它通過對過去的戰斗資料進行建模，建立了一個資料庫和一個知識庫，供駕駛員在實際應用中進行比較、推斷，幫助駕駛員完成任務。美國在之前的測試中表明，使用RPA技術可以降低飛機執行任務的錯誤率，縮短32%的任務重新規劃時間，為駕駛員提供最大的幫助。俄羅斯的Mi-28N與德、法合作開發的虎型直升機已進行了相應的研究與開發。

（二）智能座艙人機交互系統

智能座艙人機交互系統的全息波導、全景玻璃等新型顯示媒體，通過手勢、眼動、語音等多種方式進行自然互動，并結合情境信息的智能發掘和情境感知推送，實現對駕駛員在復雜環境下的感知與認知能力的全面提升。美國MITRE公司的數碼飛行伙伴計劃，英國DERA的駕駛艙感知輔助計劃（COGPIT）和美國國防高級研究計劃局（DARPA）的駕駛艙乘員工作自動控制項目（ALIAS）等多個項目中開展了多信道智能互動的應用研究。貝爾公司為其最新研制的傾轉式旋翼飛機研制出了一種可隨飛機飛行狀況而變化的全方位觸控式座艙，以協助駕駛員作出正確的判斷與判斷。阿飛諾2020型直升機座艙如圖1所示。

（三）智能輔助導航系統

針對直升機低空飛行的特性，以及夜間等惡劣環境下的干擾，美國相繼進行了綜合多源綜合成像、綜合視景等技術研究，并成功用于“黑鷹”“支努干”等大型飛機航電系統。該方法可為駕駛員在惡劣天氣和地形等惡劣條件下，實現駕駛員對周邊環境的實時監測，提升無人機的自主導航水平。近年來，我國致力于增強直升機的夜間作戰能力，如今已然在微光、紅外等領域有了新的突破，并成功研發出新型微光夜視儀，同時安裝了橫向集成的二代前視紅外探測器，研發出小型化、大視場的全景式夜視儀以及三代紅外成像系統。

二、人工智能在直升機中的應用

（一）在直升機航空電子系統中的應用

針對目前我國直升機航電領域存在的問題，提出了一種基于智能感知、智能決策、智能指控、智能對抗和智能保障的新型多目標協同作戰方法。在日常直升機演練的準備階段，通過實戰演練與系統對抗演練，能夠較好地維持和提高作戰能力。當戰機性能相當時，空戰的勝利關鍵在于敵方在感知、認知、決策和執行四個周期內的執行效率上的優勢。隨著航空裝備的智能化程度不斷提高，駕駛員與人機的雙層次OODA環路周期速率差異已嚴重制約了其發展，為此，需要加強對其認知、決策等方面的訓練，以減少空戰鏈路上駕駛員的工作負荷，并通過優化人機協作的方式，確保在對抗過程中減少錯誤，提高反應的速率。這樣做會使訓練更為逼真，從而提高訓練的有效性。通過機載電腦對武器進行數字化后的軌跡模擬以及對其實際效果進行評價，同時也可以通過仿真一個虛擬目標的雷達，將其發射情況傳送到實際飛行器的任務總線上，激發主機上的警報裝置做出反應。

（二）VR在直升機訓練中的應用

其中，AR、混合現實（MR）和VR可以簡單地簡稱為XR（如圖2所示）。目前已有很多以XR為基礎的裝置和軟件被應用于模擬訓練。虛擬現實技術在訓練領域的發展比較快，但是在實際操作中，對于現實世界中看不到真實的物體，駕駛員因不能座艙互動就無法產生觸覺反饋。MR技術將實體界面與虛擬界面相結合，使得用戶能夠在虛擬空間中觀看座艙，從而克服了傳統的人機交互方式。采用磁共振成像（MR）可以實現訓練設備的微型化、便攜化和移動化，降低對高成本任務仿真器的要求；對于軍隊的個人訓練來說，MR技術的機動性和靈活性較強，可以滿足常規訓練體系中大部分應用。當前，MR技術的動作追蹤主要是利用安裝在室內環境中的傳感器來感知使用者的方位。在不久的將來，這個追蹤模式將會逐漸被植入頭盔里，利用攝影機來偵測使用者的方位，而不需要在周圍環境中安裝任何感測器。

（三）飛行模擬器直升機訓練中的應用

訓練飛行模擬器由仿真計算機、視景系統、運動系統、音響系統、操縱負荷系統和仿真駕駛艙等部分組成。其中，模擬計算機主要用于計算飛機的動態性能和飛機的性能；該虛擬系統能夠仿真現實中的飛行場景，讓駕駛員有一種身臨其境的感覺，從而更好地進行訓練；動力系統能給駕駛員帶來諸如加速、過載等飛行感受；而聲音的功能就是制造聲音，讓駕駛員能夠感受到引擎噪音、氣流噪音等。飛機駕駛仿真系統是利用多種傳感器獲取飛機的位置、速度和姿態等參數，并結合氣象、地形等多種環境要素，在這種仿真環境下，駕駛員可以在空中執行諸如炮火射擊等復雜的空戰場面，從而增強他們在面對各種復雜局面時的反應。該仿真器使用了與真實環境相匹配的飛行器系統進行操縱，由此產生了人體的肌肉記憶，提升了操縱的熟練性。這種仿真裝置具有成本低、裝配簡單、便于拆裝等優點，能夠根據需求迅速展開，彌補了當前對軍事領域內飛行員訓練的不足。

三、結語

綜上所述，隨著我國大數據、云計算等各種科技手段的不斷發展以及持續應用，使得目前的直升機航電系統已經進入了機械化、數字化和信息化的發展時期，向智能化方向發展已經是大勢所趨。本文針對目前國內直升機航電系統體系結構、通用處理平臺及網絡總線等方面的研究現狀，更是為其進行應用提供了科學的理論依據。由此提高其對環境感知、目標認知、戰術決策、電子對抗與維修支持等方面的集成能力，使其具有更高的作戰效能與生存能力，使航空電子系統能夠真正滿足直升機的作戰需求奠定良好的基礎，同時也希望通過本文的論述能夠為我國早日成為世界航空強國貢獻一份力量。中國軍轉民

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（作者簡介：王坤翔，92074部隊，本科，研究方向為航空理論；作者單位：梁海生、王銅練，92074部隊）