軍用航空電子設(shè)備的合成視覺系統(tǒng)

已經(jīng)在一些商用飛機(jī)上飛行的合成視覺系統(tǒng)現(xiàn)在終于進(jìn)入了美國(guó)軍用航空電子平臺(tái)。這些系統(tǒng)將在退化的視覺環(huán)境中提供戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用商用現(xiàn)貨（COTS）處理解決方案和開放式架構(gòu)計(jì)劃，如未來機(jī)載能力環(huán)境（FACE），使其設(shè)計(jì)和部署成為可能。

視覺環(huán)境退化（DVE）——霧、沙、雪、云或其他任何東西有意或無意地遮擋了能見度——是軍用直升機(jī)飛行員最危險(xiǎn)的環(huán)境之一。然而，飛行員必須能夠在這些危險(xiǎn)的飛行條件下操作，以完成他們帶到天空管理的任務(wù)，并安全地到達(dá)目的地。

霍尼韋爾航空航天公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Howie Wiebold指出，在DVE條件下運(yùn)營(yíng)“使美國(guó)軍方付出了許多生命和數(shù)億美元的代價(jià)”。

合成視覺系統(tǒng)通過為飛機(jī)操作員提供駕駛艙外世界的三維視圖，使飛行員能夠在飛行的任何階段清楚地看到DVE情況，從而有可能挽救生命并降低成本。

合成視覺系統(tǒng)可以“為直升機(jī)飛行員提供真正的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì) - 通過將‘擁有環(huán)境’的能力帶入飛行，”Wiebold說。

什么是合成視覺？

霍尼韋爾的合成視覺方法被稱為“合成視覺航空電子骨干網(wǎng)”或“SVAB”，是一種“信息‘融合’引擎，能夠合并來自各種來源的數(shù)據(jù)，如紅外相機(jī)、可見光相機(jī)、毫米波雷達(dá)等，”Wiebold 解釋道?！癝VAB將實(shí)時(shí)傳感器與現(xiàn)有的軍事數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)前導(dǎo)航數(shù)據(jù)和其他飛行信息來源融合在一起，形成了駕駛艙外環(huán)境的無與倫比的可視化。

在過去的一年里，SVAB在雪和塵土中進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試。

“我們持續(xù)的研究工作集中在測(cè)試各種傳感器，并將數(shù)據(jù)和信息整合到飛機(jī)周圍環(huán)境的綜合視圖中，該視圖顯示在飛行員的飛行顯示器上，”他說?！暗侥壳盀橹?，這包括測(cè)試霍尼韋爾毫米波雷達(dá)，光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）傳感器以及與現(xiàn)有地形和障礙物數(shù)據(jù)融合的紅外（IR）相機(jī)。結(jié)果是為飛行員提供了一個(gè)‘窗外’視圖，允許在DVE中進(jìn)行更安全的操作，這是一個(gè)潛在的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)。

霍尼韋爾的工作重點(diǎn)是確定每種傳感器類型的優(yōu)缺點(diǎn)，但更重要的是，展示將所有實(shí)時(shí)傳感器信息與現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合的顯著優(yōu)勢(shì)。

“我們還與DARPA（國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局）簽訂了合同，”Wiebold指出?！白鳛槲覀儗?duì)DARPA多功能射頻計(jì)劃研究的一部分，我們將對(duì)SVAB進(jìn)行編程，更新，并將其與美國(guó)軍用測(cè)試直升機(jī)上的先進(jìn)雷達(dá)集成。安全是重中之重——我們正在努力確保在DVE內(nèi)飛行盡可能安全，并為作戰(zhàn)人員提供優(yōu)勢(shì)。

合成視覺的演變

合成視覺系統(tǒng)使用機(jī)載數(shù)字地形高程來顯示飛機(jī)飛行路徑上地形的“真實(shí)世界”圖像，其方式與飛行員通常在飛行時(shí)看到并接受訓(xùn)練的方式非常相似。

羅克韋爾柯林斯副總裁兼仿真和培訓(xùn)解決方案總經(jīng)理 Nick Gibbs 表示：“可能會(huì)添加來自垂直障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)（如高層建筑、無線電塔、風(fēng)力渦輪機(jī)等）的信息，以提供對(duì)飛機(jī)高度或附近危險(xiǎn)的更多見解。

這些信息“提高了飛行員的態(tài)勢(shì)感知能力，并允許在駕駛艙內(nèi)做出更好的決策，”吉布斯繼續(xù)說道?！拔覀兊腍eliSure直升機(jī)合成視覺系統(tǒng)（H-SVS）使用三弧秒（~10米）的高分辨率底座來提供當(dāng)今最詳細(xì)的顯示。

隨著航空電子設(shè)備嵌入式處理能力的不斷增長(zhǎng)，合成視覺系統(tǒng)也在不斷發(fā)展：“地形渲染能力的更多細(xì)節(jié)、障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)節(jié)和內(nèi)容以及通過處理實(shí)現(xiàn)的演示技術(shù)將繼續(xù)改善合成視覺系統(tǒng)的圖像和警報(bào)功能，并具有更逼真的外部世界視圖，”Gibbs 補(bǔ)充道。

合成視覺準(zhǔn)備好廣泛用于軍事了嗎？

吉布斯說，迄今為止，軍方在采用合成視覺系統(tǒng)方面進(jìn)展緩慢，主要是因?yàn)樗鼉A向于“將資源集中在DVE的傳感器應(yīng)用上”。“合成視覺系統(tǒng)依賴于在飛行前開發(fā)、驗(yàn)證并加載到飛機(jī)上的信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

與高度受控的民用飛行環(huán)境不同，“行動(dòng)必須在高度動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中執(zhí)行要求苛刻的任務(wù)，敵人幾乎可以在一夜之間制造新的威脅，而安全的行動(dòng)需要實(shí)時(shí)信息，”他繼續(xù)說道。“除此之外，軍方需要從未改善的著陸區(qū)進(jìn)行行動(dòng)，這是一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，更有可能遇到掉電或白化 - 強(qiáng)調(diào)需要傳感器增強(qiáng)的著陸能力，這是合成視覺本身不擅長(zhǎng)的。

吉布斯指出，美國(guó)軍方正在繼續(xù)其科學(xué)和技術(shù)投資，以開發(fā)DVE能力的解決方案，并可能“有望在未來三到五年內(nèi)提出解決方案”?！耙坏﹪@DVE系統(tǒng)的技術(shù)問題被克服，飛行員的培訓(xùn)將隨之得到解決，因?yàn)榕嘤?xùn)系統(tǒng) - 例如我們的可運(yùn)輸黑鷹操作模擬器，被美國(guó)陸軍和眾多國(guó)際服務(wù)廣泛使用 - 更新并開發(fā)新的培訓(xùn)計(jì)劃。

霍尼韋爾的SVAB“繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)，為插入軍事平臺(tái)奠定基礎(chǔ)，”Wiebold說。“我們的目標(biāo)是將我們的技術(shù)插入軍事系統(tǒng)的幾個(gè)插入點(diǎn)。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于旋翼應(yīng)用，是尺寸和重量。作為我們努力的一部分，我們將繼續(xù)增強(qiáng)系統(tǒng)以滿足性能要求，同時(shí)減小尺寸和重量。我們?cè)谖磥硪坏饺陜?nèi)看到了幾個(gè)潛在的插入機(jī)會(huì)。

COTS和合成視覺

霍尼韋爾和羅克韋爾柯林斯是否正在為其合成視覺系統(tǒng)使用 COTS？本質(zhì)上，是的。

構(gòu)成霍尼韋爾SVAB產(chǎn)品基礎(chǔ)的合成視覺系統(tǒng)“已經(jīng)被世界各地的公務(wù)機(jī)使用，”Wiebold說?！拔覀兪褂密娛聰?shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)傳感器定制用于軍事用途的合成視覺系統(tǒng)，并輸入旋翼機(jī)，但該系統(tǒng)的基本基礎(chǔ)使用絕大多數(shù)COTS組件。

就其本身而言，羅克韋爾柯林斯“嚴(yán)重依賴我們的顯示器和任務(wù)計(jì)算產(chǎn)品中的COTS處理組件，以支持合成視覺功能，”吉布斯指出?！巴ㄓ锰幚砗蛨D形處理單元用于托管高度計(jì)算密集型的 H-SVS 應(yīng)用程序。我們的Flight2系統(tǒng)還使用COTS以太網(wǎng)組件以及高完整性的流量管理軟件來管理數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)備和處理組件之間數(shù)據(jù)通信的延遲和完整性。

開放式架構(gòu)/人臉標(biāo)準(zhǔn)

合成視覺系統(tǒng)是否采用開放式架構(gòu)，如FACE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)？是的，它們起著核心作用。

值得注意的是，羅克韋爾柯林斯公司是第一家與美國(guó)軍方一起部署完全開放的系統(tǒng)架構(gòu)（OSA）系統(tǒng)的公司。吉布斯指出：“我們?cè)诿绹?guó)空軍的KC-135，USCG HC-144上的Flight2飛行甲板以及2000年初在美國(guó)陸軍的支奴干直升機(jī)上廣泛部署的通用航空電子架構(gòu)系統(tǒng)（CAAS）指導(dǎo)了軍事航空電子工業(yè)的變化。

羅克韋爾柯林斯的Flight2和CAAS系統(tǒng)中使用的OSA方法的一些特征和功能已被當(dāng)前的FACE標(biāo)準(zhǔn)所采用。吉布斯說，羅克韋爾柯林斯最近宣布“認(rèn)證完全符合FACE標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序 - 為軍用固定翼或旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)提供所需的導(dǎo)航性能（RNAV）功能?！拔覀兡壳罢陂_發(fā)更多與FACE一致的產(chǎn)品，以支持美國(guó)陸軍使用FACE架構(gòu)作為其航空通用操作環(huán)境的舉措。

霍尼韋爾同樣致力于開放式架構(gòu)。“我們的SVAB部門的主要優(yōu)先事項(xiàng)是平臺(tái)和傳感器的公正性，”Wiebold說。“解決方案應(yīng)該是運(yùn)營(yíng)商希望安裝在每種類型的直升機(jī)上 - 并使用各種和多個(gè)傳感器，無論是用于商業(yè)還是軍事用途。SVAB旨在從不同來源接收信息，無論信息是由什么創(chuàng)建的。它是開放的，因此它可以通過接收這些信息來適應(yīng)，并且系統(tǒng)可以高度準(zhǔn)確地表示外面實(shí)際發(fā)生的事情。

霍尼韋爾積極參與了FACE聯(lián)盟及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)建?！拔覀円呀?jīng)贏得了政府提供的每一份S&T ［科學(xué)和技術(shù)］合同，專注于參考架構(gòu)演示，其中包括滿足FACE標(biāo)準(zhǔn)，”Wiebold指出?！盎裟犴f爾還開展了內(nèi)部研究計(jì)劃，以研究使關(guān)鍵產(chǎn)品（導(dǎo)航系統(tǒng)）符合FACE標(biāo)準(zhǔn)的必要步驟。

航空電子設(shè)備安全認(rèn)證挑戰(zhàn)

航空電子設(shè)備安全認(rèn)證的挑戰(zhàn) - 或缺乏既定要求 - 是否減緩了軍方采用合成視覺系統(tǒng)的速度？這是阻礙的一部分，但現(xiàn)在正在解決。

審核編輯：郭婷