穿戴式信息感知技術軍事應用與發(fā)展趨勢

路明磊　韓啟龍　程明　楊勇

【摘 要】介紹了穿戴式信息感知技術的概念，歸納了穿戴式信息感覺技術的軍事應用現(xiàn)狀，研究了發(fā)展趨勢，提出了對我軍發(fā)展智能穿戴裝備的意見建議。

【關鍵詞】信息感知技術;軍事應用;發(fā)展趨勢

中圖分類號： TP391.41文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）20-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.015

未來戰(zhàn)場正在逐漸向信息化、數(shù)字化、智能化方向轉變，在這種新的戰(zhàn)爭模式下，傳統(tǒng)士兵作戰(zhàn)單元的概念已經(jīng)產生了質的飛躍，單兵作戰(zhàn)能力的高低直接決定了戰(zhàn)場整體戰(zhàn)斗力的強弱。為了更好地提升單兵作戰(zhàn)能力，智能可穿戴設備應運而生，如飛行員可視化頭盔、單兵系統(tǒng)等，這些智能可穿戴設備可以更好地幫助單兵感知其所處的外部環(huán)境，在計算機、網(wǎng)絡或者其他設施的輔助下更為高效地處理信息，極大地提升了單兵作戰(zhàn)能力。

1 穿戴式信息感知技術概述

穿戴式信息感知技術是以人為平臺，通過把傳感單元、處理單元、顯示單元、通信單元等集成一體，并具備可穿戴形態(tài)，使人與傳感器融為一體，輔助穿戴者更好的感知其自身信息和外界信息的技術，是對人體自身生物感覺、知覺的增強和延伸。

根據(jù)感知方式的不同，可以把信息感知技術區(qū)分為物理感知技術和化學感知技術兩大類。其中，物理感知技術主要是對力、熱、光、電、聲、磁等外界信息的感知，以及對人體心率、呼吸、脈搏等身體生理信息的感知，化學感知技術主要是對煙、霧、毒、酶、激素等信息的感知。從目前世界各國對穿戴式信息感知技術的應用來看，物理感知技術相對更為成熟，器件集成度更高，在穿戴式產品上結合應用較多，而化學感知技術目前相關產品體積大部分重量較大，操作使用方式多以手持和便攜為主，還難以與穿戴式設備相結合。

2 軍事應用現(xiàn)狀

90年代末，美國喬治亞工程技術研究所為美軍研制出一款用于士兵生理狀態(tài)監(jiān)視和傷情檢測的“智能襯衣”，開啟了穿戴式信息感知技術的軍事應用。目前，隨著民用市場智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡等智能穿戴設備的普及和相關技術的日趨成熟，各軍事強國爭相將穿戴式信息感知技術引入軍事領域，尤其是美歐等國，已有多種型號的智能穿戴裝備應用部隊。我國相較國外發(fā)達國家起步較晚，但是發(fā)展迅速。

2.1 物理信息感知技術應用

美英等國家在穿戴式信息感知技術應用領域布局較早，目前已裝備部隊的產品較多，如美軍AN/PSQ-20增強型夜視鏡，是美國陸軍下一代頭盔式夜視鏡的代表，其集成于頭盔之上，可感知可見光和紅外光線，具備夜間熱成像、智能化“集像增強”、圖像數(shù)字處理和激光標識目標等功能，夜間目標識別率達到150米內80%、300米內50%的水平，可以輔助士兵在各種照明條件或具備能見度的條件下執(zhí)行任務，是“光”感知的典型應用;美軍特種部隊裝備的爆炸沖擊記錄儀佩戴于士兵的頭部、胸部和肩部，可以感知爆炸產生的沖擊波對士兵造成的影響，并以“綠、黃、紅”三種顏色的指示燈對士兵進行提示，是“力”感知的先進應用;美軍的Silynx c4ops通信系統(tǒng)不僅可以濾除噪音，還可以有選擇性地對聲音進行放大，例如在強噪音背景下可實現(xiàn)可靠通話，安靜環(huán)境中對周邊細微聲音進行放大偵聽，是“聲”感知的有效應用。

對人體生理信息的感知應用主要集中在醫(yī)療、日常安全管理、軍事訓練和后裝保障等領域，如穿戴式生理檢測與醫(yī)療輔助設備，主要集成了數(shù)據(jù)計算技術、人機交互技術及功能性紡織技術等，具備心率、呼吸頻率、肺活量、體表溫度、血氧飽和度和血壓等生理參數(shù)的監(jiān)測功能。在軍用領域相，美國和歐洲一些國家的軍隊已配發(fā)了部分具備心率、血氧飽和度和血壓等生理參數(shù)監(jiān)測功能的T恤衫。

2.2 化學信息感知技術應用

化學感知技術應用方面，如美軍的M256A1化學戰(zhàn)劑檢測包，可檢測神經(jīng)毒劑、芥子氣和氰化物等有毒物質，但體積重量較大，必須由專用背包攜行，不具備穿戴功能;其他的化學信息感知設備，如DNA檢測設備，根據(jù)有關報道，美軍的兩種便攜式DNA檢測設備一種重55公斤，一種重91公斤，都需要持續(xù)供電，從目前的重量和設備工作要求條件看，也難以與穿戴設備相結合。

2.3 綜合信息感知技術應用

綜合信息感知技術應用方面，以美軍“奈特勇士”、英軍“重拳系統(tǒng)”、法國“FELIN系統(tǒng)”、俄羅斯“步兵作戰(zhàn)系統(tǒng)”等為代表的士兵系統(tǒng)裝備，是穿戴式信息感知技術綜合應用的典范，主要是把微型計算機、傳感器、偵察成像設備、通信導航設備集成于單兵戰(zhàn)斗裝具，具備了信息的采集、處理和感知功能，從而提升了單兵在戰(zhàn)場上指揮通信、導航定位、態(tài)勢感知、協(xié)同行動、自身防護等綜合戰(zhàn)斗能力。特別是法國“FELIN系統(tǒng)”已批量裝備部隊并經(jīng)實戰(zhàn)檢驗。

國內對信息感知技術的軍事應用較為普遍，且產品型號較多，如紅外觀測儀、光電探測器、戰(zhàn)場目標偵測儀、單兵偵毒儀等，但沒有進行集成化設計，多為手持式或背負攜帶式，不具備穿戴功能。近年來，國內軍用智能穿戴設備發(fā)展迅速，部分產品如外骨骼機器人、頭盔式夜視眼鏡等已經(jīng)達到國際先進水平。

3 發(fā)展趨勢

隨著新材料技術、微電子技術、互聯(lián)網(wǎng)技術等高新技術的不斷發(fā)展應用，使得信息感知技術的應用有了更加良好的載體和基礎，世界各國也都把智能穿戴裝備作為未來的發(fā)展重點。

一是智能化。智能化是穿戴式信息感知技術應用的重要發(fā)展方向，對于單兵而言，經(jīng)過智能化處理的信息更有利于提升作戰(zhàn)效率。以美國的FAST頭盔、Daqri增強現(xiàn)實智能頭盔、F-35“雷電Ⅱ”型飛行員頭盔為代表的智能頭盔，在功能上集成了數(shù)據(jù)計算技術和人機交互技術，極大地提升了作戰(zhàn)人員態(tài)勢感知、數(shù)據(jù)顯示和指揮通信等能力。如美軍的F35飛行員頭盔，該頭盔系統(tǒng)可跟蹤飛行員的頭部動作，飛行員不僅能在頭盔的面罩上看到其他飛機的位置、敵我屬性等信息，而且可以根據(jù)信息的提示進行相應的操作，假如是敵機，飛行員就可以根據(jù)目標信息來選擇武器，減少了飛行員進行思考、判斷的過程;另外就是對信息的直接利用，不再需要單兵對信息進行處理，如美軍的“勇士織衣”就是直接對信息利用的典型代表。其集成有用于監(jiān)測的生物傳感器和計算機、電池、驅動與控制裝置、運動跟蹤傳感器等，能夠實時感知單兵的身體受力情況并進行調整，使負重智能分布于全身，降低長時間負重、在崎嶇地形行軍時的疲勞損耗。

二是集成化。集成化是穿戴式信息感知技術應用的發(fā)展模式，是指把多種信息感知技術集成于一套系統(tǒng)或一型裝備之上，如美軍的“奈特勇士”，其通過將可穿戴的微型計算機、傳感器、偵察成像裝備、通信導航設備嵌入單兵戰(zhàn)斗裝具，打造出包含武器子系統(tǒng)、綜合頭盔子系統(tǒng)、計算機/無線電子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)以及防護服與單兵設備子系統(tǒng)等五個子系統(tǒng)的戰(zhàn)斗裝備系統(tǒng)，可綜合感知無線電、光、聲等信息，具備通信、夜視、測距等多種功能，并且具備信息的處理能力，從而提升了單個士兵在戰(zhàn)場上的指揮通信、導航定位、態(tài)勢感知、協(xié)同行動、自身防護等綜合戰(zhàn)斗能力。

三是輕量化。輕量化是穿戴式信息感知技術應用的實戰(zhàn)要求。一方面，隨著微電子材料、碳纖維材料、納米材料等新材料技術的不斷應用，使得感知技術應用載體的輕量化有了基礎。如美軍的FAST頭盔，其選用了超高分子聚乙烯纖維為主要材料，重量減輕了25%。第三代F35頭盔的顯示系統(tǒng)采用了碳纖維和凱夫拉纖維，重量由原來的2.3公斤降至2.1公斤。

4 對我軍裝備發(fā)展的啟示

適應未來戰(zhàn)場需求，依托穿戴式信息感知技術，著眼打造具有信息采集、處理和感知于一體的智能穿戴設備，提出以下建議：

4.1 加強前沿領域探索

瞄準未來技術發(fā)展的制高點，加強前瞻性、先導性、探索性的重大技術研究，不斷拓寬感知信息的類型和軍事應用。在現(xiàn)有信息感知的基礎上，重點突出人腦“意識”信息的感知研究，研制類似美軍“阿凡達”項目的“思維控制機器人”，實現(xiàn)穿戴式信息感知技術應用新的突破。

4.2 積極推廣生理信息感知技術的軍事應用

依托民用市場現(xiàn)有成熟的穿戴式設備，進行軍事化改進，重點研制可監(jiān)測心率、血氧、血糖等人體重要生理特征的可穿戴式裝備，用于單兵的訓練輔助，或實戰(zhàn)當中實現(xiàn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集回傳，供指揮員或保障力量掌握單兵情況。

4.3 加大新材料技術研發(fā)力度

穿戴方便、供電充足是復雜戰(zhàn)場環(huán)境對軍用設備的基本要求，也是擺在智能可穿戴設備研發(fā)與運用面前的重點問題。重點突出三種新材料技術的研究。一是納米材料技術，可集成于單兵的指控系統(tǒng)、武器系統(tǒng)及隨身衣物當中，為單兵提供體積小、重量輕的高度智能化裝備，同時，也可使單兵的隱身、防殺傷能力進一步增強。二是微電子材料技術，采用集成化設計，力求將現(xiàn)有軍用智能手機、手持式指控終端、攜行探測儀器等裝備進一步縮小，并集成于智能頭盔、智能手表等穿戴設備上;三是新電池技術，研發(fā)新能源電池，如氚電池、石墨烯電池等，重點解決野戰(zhàn)條件下供電難的問題，提高智能可穿戴設備的續(xù)航能力。

4.4 普及人機交互技術和物聯(lián)網(wǎng)技術應用

隨著新型人機交互技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟運用，軍用智能可穿戴設備系統(tǒng)操作將更加便捷，并能使佩戴人員充分融入作戰(zhàn)網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)人員、裝備、網(wǎng)絡的自主鏈接、實時交互和動態(tài)操控，提升作戰(zhàn)體系整體效能。首先，語音圖像控制、腦機接口、增強現(xiàn)實技術等新型人機交互技術的應用能讓人與裝備、網(wǎng)絡間操作鏈路更加直觀生動;其次，通過物聯(lián)網(wǎng)技術可使人與裝備平臺、網(wǎng)絡系統(tǒng)深度融合，在現(xiàn)有的通信聯(lián)絡、態(tài)勢感知、傳感監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和武器操控等功能之上，進一步實現(xiàn)指控協(xié)同一體聯(lián)動、具體需求精細感知、綜合保障精確到位、整體交互動態(tài)自主等作戰(zhàn)要求。

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