頭盔顯示器的新發(fā)展

　　戰(zhàn)斗機駕駛艙儀表的一個發(fā)展趨勢是采用彩色液晶顯示器。美國的F-15、F-16、F/A-18、AT/T-38和T-45的駕駛艙改進都采用了液晶多功能顯示器。平板彩色顯示器和平視顯示器將為目前最先進的F-22飛機的飛行員提供信息。而頭盔顯示器（HMD）作為一種新崛起的瞄準和顯示設備正越來越受到世界各國空軍的重視。

　　俄羅斯和以色列戰(zhàn)斗機已采用頭盔顯示器，而美國空軍和西歐國家的空軍卻采取慎重態(tài)度，已花了好幾年時間對頭盔顯示器的所有人機工程和性能問題進行深入的研究?，F(xiàn)在，頭盔顯示器的技術已能滿足所提出的嚴格的要求。

　　各國空軍都希望用頭盔瞄準系統(tǒng)來指示目前和未來的一些近距空空導彈， 正在把采購和部署簡單的只能白天使用的頭盔瞄準系統(tǒng)置入快車道。HMD取代戰(zhàn)斗機的平視顯示器（HUD）已變成次要的事情，現(xiàn)在頭盔顯示器的主要作用是武器瞄準和一些儀表數(shù)據(jù)的讀出。目前的考慮趨向于頭盔顯示器顯示的的東西越少越好，詳細的飛行數(shù)據(jù)最好留給HUD來顯示。HUD在今后相當長一段時間內不會被HMD所取代，因為對HMD的要求取決于任務和威脅，而且只在少數(shù)任務中需要全功能的HMD。研究表明，互補地采用前視紅外（FLIR）顯示器、夜視鏡和簡單的頭盔指向器件已能滿足需要。

　　俄羅斯的米格-29已裝備基輔阿森納爾設計局研制的Zh-3YM-1 HMD。這種簡單的系統(tǒng)采用一塊外部安裝的組合玻璃來顯示目標的方位，其特點是具有采用安裝于駕駛艙的攝像機來探測安裝于頭盔的發(fā)光二極管（LED）組的光學頭部跟蹤器。阿森納爾設計局現(xiàn)已研制了一些更新的HMD，例如Surat和Taurus。這些系統(tǒng)在作戰(zhàn)中使用的優(yōu)點是，飛行員僅需要轉動其頭部就可截獲目標并發(fā)射武器，而不需要使其飛機的機頭指向敵機。

　　以色列埃爾比特的顯示和瞄準頭盔系統(tǒng)（DASH）在以色列空軍的F-15、F-16和F-4中使用已有好幾年。第三代DASH 3提供與以前型別同樣的性能，但已做得較輕（1.8千克）和尺寸更加緊湊，且提高了系統(tǒng)可靠性。DASH采用12.7毫米的陰極射線管，它在22b視場內產生筆劃式字符來顯示飛行數(shù)據(jù)和一個目標指示框。

　　DASH可使雷達和空空導彈的導引頭跟隨飛行員的瞄準線轉動。DASH像許多其他HMD那樣，采用電磁頭部跟蹤器。電磁頭部跟蹤器基于頭盔安裝的發(fā)射器和駕駛艙內的一些傳感器，可將飛行員的視線確定在6毫弧度的精度以內。

　　歐洲戰(zhàn)斗機的頭盔顯示器采用光學跟蹤系統(tǒng)，用一系列安裝在駕駛艙中的紅外攝像機探測頭盔上的IR發(fā)光二極管陣列，從而計算頭部的精確位置和視角。光學跟蹤器的優(yōu)點是，不必像電磁跟蹤器那樣畫駕駛艙的磁場圖，可在任何飛機上采用。雖然早期系統(tǒng)因對日光敏感而“消隱”，較新的光學跟蹤器可采用預測處理和其他技術把這種現(xiàn)象過濾掉。較快的計算機處理還可減小系統(tǒng)的延時。

　　法國賽克斯當公司和英特技術公司不是圍繞現(xiàn)有的頭盔殼體設計HMD，而是設計了一個全新的頭盔系統(tǒng)，它包括視覺與顯示系統(tǒng)，并帶氧氣/正壓呼吸和全核生化保護。該公司的單目Topsight HMD已經(jīng)在一架0幻影02000上作了廣泛的飛行試驗，并已向法國空軍供應了10套Top-sight頭盔進行鑒定。法國空軍正集中于HMD在空空目標截獲和指示方面的使用，主要支持0幻影02000和0陣風0戰(zhàn)斗機。對Topsight雙目HMD的飛行試驗定于1997年年底以前開始。該公司采用磁頭部跟蹤系統(tǒng)，而且最近完善了一個新的算法組，以進一步提高精度，最終公司可能采用眼跟蹤系統(tǒng)來代替磁頭部跟蹤系統(tǒng)。

　　美國空軍的“聯(lián)合頭盔指示系統(tǒng)”（JHMCS）正在迅速發(fā)展，JHMCS將由國際視覺系統(tǒng)（VSI）公司研制。VSI是美國凱澤電子公司和以色列埃爾比特公司的合資企業(yè)，埃爾比特公司通過這個合資企業(yè)把DASH技術轉讓給了JHMCS。JHMCS的使用試驗和鑒定將在1999~2000年進行，而生產決定將在2000年年中作出。首批使用JHMCS飛行的飛機將是F-15C/D和F/A-18C/D。F-22也將采用JHMCS，以便充分發(fā)揮改進的 AIM-9x的離軸能力。最初的JHMCS將是一種單目、單色顯示器，將字符投影在頭盔的護目鏡上。

　　其20b顯示視場將適合白天空戰(zhàn)中的離軸導彈指示。它的一個預計劃的產品改進項目致力于未來用在AV-8B和JSF空地作戰(zhàn)對系統(tǒng)所要求的改進。 JHMCS被設計成安裝在標準的HGU-55/P和輕型的GU-56/P或F-22的HGU-68/P這類頭盔上。它能指示雷達與導航系統(tǒng)及導彈導引頭，采用了高速（240赫）電磁允許的金屬頭部跟蹤器。

　　JHMCS與俄羅斯頭盔的關鍵差別是送到頭盔的數(shù)據(jù)不同，俄羅斯頭盔具有一個固定的光標和頭部跟蹤器，并為導彈導引頭提供瞄準線數(shù)據(jù)，但導引頭的位置并不發(fā)送到頭盔。而在JHMCS中，飛行員可以看到導引頭指向那里，并可確認導彈試圖鎖定于正確的目標的情況。

　　JHMCS頭盔具有可互換的白天或黑夜護目鏡（前者具有較深的色彩，以便有較好的顯示能見性），而且可裝選用的夜視鏡模塊。顯示字符包括一個目標指示框， 一個將飛行員的頭部指引到系統(tǒng)瞬時視場外目標的箭頭，包括速度、高度、重力和武器數(shù)據(jù)在內的基本飛行信息。此頭盔由增加到戰(zhàn)斗機的顯示或任務計算機的一塊電路板控制。

　　JHMCS應用了萊特-帕特遜空軍基地的美國空軍研究實驗室VCATS計劃的研究成果。VCATS研究了對付機體在高G下振顫這類問題，而振顫可能引起導彈與頭盔軸線有顯著的移動。美國研究人員還發(fā)現(xiàn)了人體在高G下不能勝任觀察向目標飛行的導彈軌道的問題。研究表明，在9G下，大多數(shù)飛行員不能以90度的角度向上觀看，通常向上觀看的最大角度為60~80度。為彌補這個缺點，VCATS在普通顯示器上引入了0高G指示點0，或0上視光標0。當飛行員的頭部移動回來，并從側面跟蹤目標時，系統(tǒng)自動選擇左或右上視光標，以便飛行員在頭部運動較少的情況下指示導彈導引頭或雷達。

　　工程師們現(xiàn)正在探索10~15年后需要的HMD技術。如果激光的威脅增加，就要使用駕駛艙封閉的戰(zhàn)斗機，飛機將由飛行員采用虛擬現(xiàn)實HMD飛行。這種HMD完全依靠人工產生的視覺，需要光纖陀螺和更強的處理能力來得到所需的顯示速度和精度。傳感器融合技術將使飛行員0透過0其封閉的駕駛艙進行觀察，以任何角度跟蹤其他戰(zhàn)斗機或地面目標。