战场数字可视化

显示器对于现代军事电子系统至关重要，它可以将传感器数据、通信和系统状态可视化。作为人与机器之间最关键的纽带，显示器必须与整个系统结构紧密结合，才能可靠有效地为作战人员提供信息。

一个关键的考虑因素是需要平衡提供信息的电子系统、人机界面以及物理、电磁和当前环境条件之间的界面。这种整合对系统的高效使用和任务的成功至关重要。

专为军事环境打造

与商用电子设备不同，军用显示器通常是分组运行，利用多个视频和数据源，向机上和操作平台远程的多名作战员提供信息。美国空军的未来机载能力环境 (FACE) 和传感器开放系统架构 (SOSA)、美国陆军的 C4ISR/EW 互操作性车辆集成 (VICTORY) 计划以及英国国防部 (MOD) 的通用车辆架构 (GVA) 等现代开放系统框架正在为车辆电子架构的标准化铺平道路，这些架构基于通用的物理规格集、电子数据总线、网络适配器、连接器和协议。

图：萨伯公司 RBS-70 移动射击单元 (MFU) 的控制系统集成了萨伯公司的战术电子设备和低延迟视频分配系统，以提高对作战空间的态势感知能力。 图片来源：Tamir Eshel

对于从多个传感器到许多显示器的视频分配应用，这些架构需要支持数字和模拟数据的视频分配单元和交换机，使作战员能够以最小的延迟同时查看多个视频源，从而最有效地利用系统收集的信息。许多应用还要求记录所有信息或将其传输给其他用户。

简单的显示输出通常会反映操作员屏幕上显示的图像，从而将录制和下行链路图像限制在操作员的视野范围内。

为实现这些目的，显示器要针对手头的任务进行优化。有些显示器的设计尽量减少空间、重量和功耗（SWaP），以作为集成系统的终端。与当今许多寿命较短的商用电子产品不同，这类系统必须能持续运行 10-20 年。其他更复杂的 "智能显示器 "代表着更昂贵、功能更强大的系统，它集成了先进的计算机、图形处理器和通信协议，使显示器能够承担整个系统的功能。这种结构尤其适用于旧平台的升级，因为在旧平台上安装集成系统的成本太高。不过，这类系统的使用寿命有限，因为需要经常升级才能跟上电子系统的快速发展。

军用设备与商用设备不同，它们在设计上要能承受航空航天环境中的高负荷，或作为坚固耐用的系统来建造，以承受冲击、振动和战车野战使用中的极端温度。这些标准还规定了如何对其进行密封和保护，以防止沙尘、水和盐分对其造成损害。显示器的设计还应确保在强光下也能清晰可见，并避免对操作夜视成像系统（NVIS）的用户造成干扰。还应防止电磁干扰（EMI）和信息泄漏到附近的设备。

虚拟现实和混合现实

军用显示器有各种不同的尺寸、外形和分辨率。从集成了触摸屏和数十个按钮的大面积显示器（LAD），到嵌入头盔、瞄准镜、光学设备和可穿戴系统的微型显示器。

其他设备则将图像投射到嵌入双筒望远镜、武器瞄准镜和头戴式系统的不透明或透明面罩上，为飞行员和作战人员提供身临其境的感知。该领域的最新趋势是混合现实显示，使无人驾驶飞行器（UAV）操作员能够在 FPV 中驾驶无人机，就像坐在无人机内一样，通过虚拟现实（VR）护目镜进行操作，并由操纵杆或手控器进行控制。在过去的一年里，这一概念催生了一种被称为 "FPV 无人机 "的新型游荡弹药，在乌克兰被双方广泛使用。这些低成本的徘徊弹药通常由志愿者在非正规生产车间制造，通常用于在安全距离内攻击陆地平台。在战车中，电子显示屏可提供对态势的感知，这对乘员评估外部因素并做出反应至关重要。装甲车辆的新兴应用包括 "透视装甲"，它利用可穿戴的护目镜式显示器或嵌入门窗和墙壁的平面显示器，为乘员提供了解外部世界的 "智能窗口"。

在任务规划和演练方面，VR 头戴设备可让用户沉浸在合成环境中，便于熟悉作战区域和三维场景。先进的 VR 模拟集成了定向音频、触摸反馈和运动平台，以提高逼真度。AR/VR 综合培训缩短了学习曲线，提高了任务准备度。正在进行的光电研究使更多的显示技术日臻成熟，可供军事应用。

图：以色列航空工业公司（IAI）开发的统一控制站（UCS）集成了平板显示器、带触摸屏的平板电脑和符合人体工程学的控制装置，为无人机操作员提供符合人体工程学的任务优化环境。 图片来源：Tamir Eshel

情报分析师和系统操作员使用由多个显示屏组成的工作站（其中一些可提供三维成像）来同时监控多个数据源，并在人工智能（AI）的帮助下，利用高分辨率相机获得的数据来显示特定场景中对操作最有用的信息。

利用人机界面优化可用性

连接操作员与显示系统的人机界面（HMI）与底层显示技术本身同样重要。人机界面既包括信息的视觉呈现方式，也包括用户与这些信息的物理交互方式。为特定平台和任务角色量身定制的直观人机界面对于实现全面的显示功能至关重要。

现代飞机采用玻璃驾驶舱人机界面，通过分层合成图形生成技术，将高度、空速、发动机状态、态势感知和系统状态等飞行仪表融合到可重新配置的多用途平板显示器中。在这种情况下，数字显示屏配有触摸控制器，边框上还有按钮，以便戴着手套也能有效操作。另一种交互方式是目光跟踪，它可以通过用户的眼球运动激活系统的直观提示，根据观察方向动态叠加数据或目标名称。

为了进一步扩展显示界面，手势输入可实现直观的指令，例如轻扫来平移/缩放高分辨率摄像机画面。语音识别可免提激活显示模式和菜单。来自头盔跟踪器的运动输入可根据操作员的头部定位动态调整可视化视角的方向。触觉和力反馈进一步提高了用户的参与度。

通过将交互式多层图形和三维展示、多种传感器模式和自适应界面相结合，先进的显示人机界面为操作员带来了更加身临其境和直观的体验。这样就能在包括无人机控制、情报收集和精确瞄准在内的各种任务中优化认知焦点和交互效率。

较新的系统，如 F-35 头盔，采用了球形面罩投影，可完全沉浸在合成视觉环境中，包括飞机下方和周围的视觉环境。战车乘员在装甲车内也可使用增强现实系统查看外部世界。他们的头盔遮阳板可利用外围摄像头创建全景视图，叠加威胁、导航参考和任务更新。这种显示器还可用于提高驾驶员的方向感和态势感知能力。

类似眼镜的轻型头戴式显示器正被广泛用于野外免提数据可视化。远程指导系统使用耳机与分布式团队共享领导者观点、注释和指导，使指挥官能够从不同地点共享态势视图，并使医务人员能够利用可穿戴设备访问自助式远程治疗资源，同时腾出手来护理病人。

专用显示器解读先进的传感器馈送信息

先进的传感器可在电磁频谱范围内进行战场观察，其范围远远超出人类的自然视力。然而，解读非视觉光谱传感器馈送需要专业的显示处理和符号学。通过对基本物理知识的充分培训和对显示符号的正确解读，操作人员可以学会通过这些传感器的眼睛 "看 "东西，从而获得关键的战场优势。

例如，声纳系统可将水下声波反射传输到可见的水文绘图显示屏上。然而，有效的解读有赖于对主动声纳与被动声纳以及声波传播基本原理的了解。同样，雷达将无线电或微波频率反射融合到航空图像中，多普勒效应处理、移动目标指示和合成孔径雷达都增加了信息层次，需要向用户具体介绍。记录热差的热传感器通过使用假色或更常见的灰度梯度来显示物体和目标的热特征，从而呈现出类似图像的视图。数字成像和显示器使作战人员能够利用许多此类传感器，而无需操作传统模拟系统所需的技术技能和大量培训。

先进显示器的强大处理功能

数字革命使可用于汇总和显示的传感器数据成倍增加。然而，人类的思维带宽仍然受到限制，在达到认知超载之前，无法有意识地同时评估多少信息。因此，从无穷无尽的传感器数据流中只合成与操作相关的信息，就需要先进的处理技术。为此，虚拟三维显示器成为在增强现实或混合现实中呈现多层信息的重要观看工具。

图：这个小巧的集成屏幕显示Axon Vision公司的Edge360人工智能增强态势图，该态势图由六个外围摄像机画面组成，经过人工智能处理，可向机组人员发出敌军警报，显示最关键威胁的位置、方向和范围。 图片来源：Tamir Eshel

借助人工智能分析技术，现代系统可以聚焦重点、融合互补信息，并从各种信号中提取战术意义。机器学习算法经过训练后，可以模仿人类的模式识别能力，为战场环境量身定制。通过对传感器输出进行繁琐的处理和分析，人工智能可以减轻操作员的认知负担，使他们能够将精力集中在更高层次的洞察和决策上。处理能力与显示技术同等重要，可将传感器输出转化为及时、可操作的战场感知。

重要性

数字显示器正在从根本上改变军事指挥和控制以及态势感知能力。将高性能可视化技术集成到各种有人和无人系统及平台中，需要对系统界面、人体工程学、人机界面和处理支持进行全面优化。可穿戴显示器可为空中、地面和海军的作战人员提供关键任务数据。随着先进的多光谱传感器协同扩大可观测频谱，利用人工智能从无穷无尽的传感器馈送中提炼作战知识，显示技术为人类战场感知提供了终极渠道。

参考来源：欧洲安全与防务杂志