已經在一些商用飛機上飛行的合成視覺系統現在終于進入了美國軍用航空電子平臺。這些系統將在退化的視覺環境中提供戰術優勢，同時利用商用現貨（COTS）處理解決方案和開放式架構計劃，如未來機載能力環境（FACE），使其設計和部署成為可能。

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

霍尼韋爾航空航天公司業務發展經理Howie Wiebold指出，在DVE條件下運營“使美國軍方付出了許多生命和數億美元的代價”。

合成視覺系統通過為飛機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。

合成視覺系統可以“為直升機飛行員提供真正的戰術優勢 - 通過將‘擁有環境’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”或“SVAB”，是一種“信息‘融合’引擎，能夠合并來自各種來源的數據，如紅外相機、可見光相機、毫米波雷達等，”Wiebold 解釋道。“SVAB將實時傳感器與現有的軍事數據庫，當前導航數據和其他飛行信息來源融合在一起，形成了駕駛艙外環境的無與倫比的可視化。

在過去的一年里，SVAB在雪和塵土中進行了嚴格的測試。

“我們持續的研究工作集中在測試各種傳感器，并將數據和信息整合到飛機周圍環境的綜合視圖中，該視圖顯示在飛行員的飛行顯示器上，”他說。“到目前為止，這包括測試霍尼韋爾毫米波雷達，光探測和測距（LIDAR）傳感器以及與現有地形和障礙物數據融合的紅外（IR）相機。結果是為飛行員提供了一個‘窗外’視圖，允許在DVE中進行更安全的操作，這是一個潛在的戰術優勢。

霍尼韋爾的工作重點是確定每種傳感器類型的優缺點，但更重要的是，展示將所有實時傳感器信息與現有數據融合的顯著優勢。

“我們還與DARPA（國防高級研究計劃局）簽訂了合同，”Wiebold指出。“作為我們對DARPA多功能射頻計劃研究的一部分，我們將對SVAB進行編程，更新，并將其與美國軍用測試直升機上的先進雷達集成。安全是重中之重——我們正在努力確保在DVE內飛行盡可能安全，并為作戰人員提供優勢。

合成視覺的演變

合成視覺系統使用機載數字地形高程來顯示飛機飛行路徑上地形的“真實世界”圖像，其方式與飛行員通常在飛行時看到并接受訓練的方式非常相似。

羅克韋爾柯林斯副總裁兼仿真和培訓解決方案總經理 Nick Gibbs 表示：“可能會添加來自垂直障礙物數據庫（如高層建筑、無線電塔、風力渦輪機等）的信息，以提供對飛機高度或附近危險的更多見解。

這些信息“提高了飛行員的態勢感知能力，并允許在駕駛艙內做出更好的決策，”吉布斯繼續說道。“我們的HeliSure直升機合成視覺系統（H-SVS）使用三弧秒（~10米）的高分辨率底座來提供當今最詳細的顯示。

隨著航空電子設備嵌入式處理能力的不斷增長，合成視覺系統也在不斷發展：“地形渲染能力的更多細節、障礙物數據庫的細節和內容以及通過處理實現的演示技術將繼續改善合成視覺系統的圖像和警報功能，并具有更逼真的外部世界視圖，”Gibbs 補充道。

合成視覺準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方面進展緩慢，主要是因為它傾向于“將資源集中在DVE的傳感器應用上”。“合成視覺系統依賴于在飛行前開發、驗證并加載到飛機上的信息數據庫。

與高度受控的民用飛行環境不同，“行動必須在高度動態的戰場環境中執行要求苛刻的任務，敵人幾乎可以在一夜之間制造新的威脅，而安全的行動需要實時信息，”他繼續說道。“除此之外，軍方需要從未改善的著陸區進行行動，這是一個獨特的挑戰，更有可能遇到掉電或白化 - 強調需要傳感器增強的著陸能力，這是合成視覺本身不擅長的。

吉布斯指出，美國軍方正在繼續其科學和技術投資，以開發DVE能力的解決方案，并可能“有望在未來三到五年內提出解決方案”。“一旦圍繞DVE系統的技術問題被克服，飛行員的培訓將隨之得到解決，因為培訓系統 - 例如我們的可運輸黑鷹操作模擬器，被美國陸軍和眾多國際服務廣泛使用 - 更新并開發新的培訓計劃。

霍尼韋爾的SVAB“繼續進行研發，為插入軍事平臺奠定基礎，”Wiebold說。“我們的目標是將我們的技術插入軍事系統的幾個插入點。關鍵的挑戰，特別是對于旋翼應用，是尺寸和重量。作為我們努力的一部分，我們將繼續增強系統以滿足性能要求，同時減小尺寸和重量。我們在未來一到三年內看到了幾個潛在的插入機會。

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使用 COTS？本質上，是的。

構成霍尼韋爾SVAB產品基礎的合成視覺系統“已經被世界各地的公務機使用，”Wiebold說。“我們使用軍事數據庫和實時傳感器定制用于軍事用途的合成視覺系統，并輸入旋翼機，但該系統的基本基礎使用絕大多數COTS組件。

就其本身而言，羅克韋爾柯林斯“嚴重依賴我們的顯示器和任務計算產品中的COTS處理組件，以支持合成視覺功能，”吉布斯指出。“通用處理和圖形處理單元用于托管高度計算密集型的 H-SVS 應用程序。我們的Flight2系統還使用COTS以太網組件以及高完整性的流量管理軟件來管理數據庫存儲設備和處理組件之間數據通信的延遲和完整性。

開放式架構/人臉標準

合成視覺系統是否采用開放式架構，如FACE技術標準？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軍方一起部署完全開放的系統架構（OSA）系統的公司。吉布斯指出：“我們在美國空軍的KC-135，USCG HC-144上的Flight2飛行甲板以及2000年初在美國陸軍的支奴干直升機上廣泛部署的通用航空電子架構系統（CAAS）指導了軍事航空電子工業的變化。

羅克韋爾柯林斯的Flight2和CAAS系統中使用的OSA方法的一些特征和功能已被當前的FACE標準所采用。吉布斯說，羅克韋爾柯林斯最近宣布“認證完全符合FACE標準的應用程序 - 為軍用固定翼或旋轉翼飛機提供所需的導航性能（RNAV）功能。“我們目前正在開發更多與FACE一致的產品，以支持美國陸軍使用FACE架構作為其航空通用操作環境的舉措。

霍尼韋爾同樣致力于開放式架構。“我們的SVAB部門的主要優先事項是平臺和傳感器的公正性，”Wiebold說。“解決方案應該是運營商希望安裝在每種類型的直升機上 - 并使用各種和多個傳感器，無論是用于商業還是軍事用途。SVAB旨在從不同來源接收信息，無論信息是由什么創建的。它是開放的，因此它可以通過接收這些信息來適應，并且系統可以高度準確地表示外面實際發生的事情。

霍尼韋爾積極參與了FACE聯盟及其技術標準的創建。“我們已經贏得了政府提供的每一份S&T ［科學和技術］合同，專注于參考架構演示，其中包括滿足FACE標準，”Wiebold指出。“霍尼韋爾還開展了內部研究計劃，以研究使關鍵產品（導航系統）符合FACE標準的必要步驟。

航空電子設備安全認證挑戰

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

審核編輯：郭婷