人工智能在直升機(jī)航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】在現(xiàn)代戰(zhàn)爭形勢日趨信息化、智能化的背景下，將人工智能應(yīng)用于武器裝備已經(jīng)是大勢所趨。針對(duì)直升機(jī)飛行任務(wù)的特征，對(duì)其發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了描述，并對(duì)其作業(yè)能力進(jìn)行了分析，探索了人工智能技術(shù)在直升機(jī)航電系統(tǒng)中的應(yīng)用方向，為推進(jìn)人工智能在直升機(jī)上的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。通過對(duì)國外先進(jìn)直升機(jī)智能技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀及對(duì)其作業(yè)能力的要求進(jìn)行分析，探索將人工智能技術(shù)應(yīng)用于直升機(jī)航電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，為推進(jìn)人工智能技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】人工智能|直升機(jī)|航空電子系統(tǒng)|應(yīng)用

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭形式從以平臺(tái)為主轉(zhuǎn)向以信息為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)，信息化、智能化是戰(zhàn)爭形態(tài)演化的主流趨勢。直升機(jī)是空戰(zhàn)中的主要戰(zhàn)斗單位，它反應(yīng)迅速、機(jī)動(dòng)靈活、火力強(qiáng)、具備空中打擊、空中機(jī)動(dòng)和空中支援的優(yōu)勢，對(duì)地-空一體化作戰(zhàn)具有十分重要的意義。機(jī)載電子系統(tǒng)是直升機(jī)信息化平臺(tái)的基礎(chǔ)，對(duì)有效應(yīng)對(duì)信息化戰(zhàn)爭，適應(yīng)持續(xù)變化的作戰(zhàn)方式，增強(qiáng)作戰(zhàn)能力，增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)的打擊能力，以及提高自己的生存力，都具有十分重要的意義。將人工智能應(yīng)用于直升機(jī)航電系統(tǒng)中，對(duì)其進(jìn)行性能與智能化改造，是實(shí)現(xiàn)其適應(yīng)低空、超低空任務(wù)的必要手段，是提升其作戰(zhàn)效能、安全性及生存能力的重要手段，也是提升其對(duì)作戰(zhàn)效能的貢獻(xiàn)率的重要指標(biāo)。

一、直升機(jī)智能航空電子系統(tǒng)概述

（一）駕駛員助手系統(tǒng)

美國軍方自20世紀(jì)80年代起開展了對(duì)駕駛員助手系統(tǒng)（RPA）的研究，并且在有人協(xié)同和無人協(xié)同等演示項(xiàng)目中得到相應(yīng)完善。RPA是一種具有代表性的專家系統(tǒng)，它通過對(duì)過去的戰(zhàn)斗資料進(jìn)行建模，建立了一個(gè)資料庫和一個(gè)知識(shí)庫，供駕駛員在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行比較、推斷，幫助駕駛員完成任務(wù)。美國在之前的測試中表明，使用RPA技術(shù)可以降低飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的錯(cuò)誤率，縮短32%的任務(wù)重新規(guī)劃時(shí)間，為駕駛員提供最大的幫助。俄羅斯的Mi-28N與德、法合作開發(fā)的虎型直升機(jī)已進(jìn)行了相應(yīng)的研究與開發(fā)。

（二）智能座艙人機(jī)交互系統(tǒng)

智能座艙人機(jī)交互系統(tǒng)的全息波導(dǎo)、全景玻璃等新型顯示媒體，通過手勢、眼動(dòng)、語音等多種方式進(jìn)行自然互動(dòng)，并結(jié)合情境信息的智能發(fā)掘和情境感知推送，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員在復(fù)雜環(huán)境下的感知與認(rèn)知能力的全面提升。美國MITRE公司的數(shù)碼飛行伙伴計(jì)劃，英國DERA的駕駛艙感知輔助計(jì)劃（COGPIT）和美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）的駕駛艙乘員工作自動(dòng)控制項(xiàng)目（ALIAS）等多個(gè)項(xiàng)目中開展了多信道智能互動(dòng)的應(yīng)用研究。貝爾公司為其最新研制的傾轉(zhuǎn)式旋翼飛機(jī)研制出了一種可隨飛機(jī)飛行狀況而變化的全方位觸控式座艙，以協(xié)助駕駛員作出正確的判斷與判斷。阿飛諾2020型直升機(jī)座艙如圖1所示。

（三）智能輔助導(dǎo)航系統(tǒng)

針對(duì)直升機(jī)低空飛行的特性，以及夜間等惡劣環(huán)境下的干擾，美國相繼進(jìn)行了綜合多源綜合成像、綜合視景等技術(shù)研究，并成功用于“黑鷹”“支努干”等大型飛機(jī)航電系統(tǒng)。該方法可為駕駛員在惡劣天氣和地形等惡劣條件下，實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提升無人機(jī)的自主導(dǎo)航水平。近年來，我國致力于增強(qiáng)直升機(jī)的夜間作戰(zhàn)能力，如今已然在微光、紅外等領(lǐng)域有了新的突破，并成功研發(fā)出新型微光夜視儀，同時(shí)安裝了橫向集成的二代前視紅外探測器，研發(fā)出小型化、大視場的全景式夜視儀以及三代紅外成像系統(tǒng)。

二、人工智能在直升機(jī)中的應(yīng)用

（一）在直升機(jī)航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

針對(duì)目前我國直升機(jī)航電領(lǐng)域存在的問題，提出了一種基于智能感知、智能決策、智能指控、智能對(duì)抗和智能保障的新型多目標(biāo)協(xié)同作戰(zhàn)方法。在日常直升機(jī)演練的準(zhǔn)備階段，通過實(shí)戰(zhàn)演練與系統(tǒng)對(duì)抗演練，能夠較好地維持和提高作戰(zhàn)能力。當(dāng)戰(zhàn)機(jī)性能相當(dāng)時(shí)，空戰(zhàn)的勝利關(guān)鍵在于敵方在感知、認(rèn)知、決策和執(zhí)行四個(gè)周期內(nèi)的執(zhí)行效率上的優(yōu)勢。隨著航空裝備的智能化程度不斷提高，駕駛員與人機(jī)的雙層次OODA環(huán)路周期速率差異已嚴(yán)重制約了其發(fā)展，為此，需要加強(qiáng)對(duì)其認(rèn)知、決策等方面的訓(xùn)練，以減少空戰(zhàn)鏈路上駕駛員的工作負(fù)荷，并通過優(yōu)化人機(jī)協(xié)作的方式，確保在對(duì)抗過程中減少錯(cuò)誤，提高反應(yīng)的速率。這樣做會(huì)使訓(xùn)練更為逼真，從而提高訓(xùn)練的有效性。通過機(jī)載電腦對(duì)武器進(jìn)行數(shù)字化后的軌跡模擬以及對(duì)其實(shí)際效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)也可以通過仿真一個(gè)虛擬目標(biāo)的雷達(dá)，將其發(fā)射情況傳送到實(shí)際飛行器的任務(wù)總線上，激發(fā)主機(jī)上的警報(bào)裝置做出反應(yīng)。

（二）VR在直升機(jī)訓(xùn)練中的應(yīng)用

其中，AR、混合現(xiàn)實(shí)（MR）和VR可以簡單地簡稱為XR（如圖2所示）。目前已有很多以XR為基礎(chǔ)的裝置和軟件被應(yīng)用于模擬訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在訓(xùn)練領(lǐng)域的發(fā)展比較快，但是在實(shí)際操作中，對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界中看不到真實(shí)的物體，駕駛員因不能座艙互動(dòng)就無法產(chǎn)生觸覺反饋。MR技術(shù)將實(shí)體界面與虛擬界面相結(jié)合，使得用戶能夠在虛擬空間中觀看座艙，從而克服了傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式。采用磁共振成像（MR）可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練設(shè)備的微型化、便攜化和移動(dòng)化，降低對(duì)高成本任務(wù)仿真器的要求；對(duì)于軍隊(duì)的個(gè)人訓(xùn)練來說，MR技術(shù)的機(jī)動(dòng)性和靈活性較強(qiáng)，可以滿足常規(guī)訓(xùn)練體系中大部分應(yīng)用。當(dāng)前，MR技術(shù)的動(dòng)作追蹤主要是利用安裝在室內(nèi)環(huán)境中的傳感器來感知使用者的方位。在不久的將來，這個(gè)追蹤模式將會(huì)逐漸被植入頭盔里，利用攝影機(jī)來偵測使用者的方位，而不需要在周圍環(huán)境中安裝任何感測器。

（三）飛行模擬器直升機(jī)訓(xùn)練中的應(yīng)用

訓(xùn)練飛行模擬器由仿真計(jì)算機(jī)、視景系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、操縱負(fù)荷系統(tǒng)和仿真駕駛艙等部分組成。其中，模擬計(jì)算機(jī)主要用于計(jì)算飛機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和飛機(jī)的性能；該虛擬系統(tǒng)能夠仿真現(xiàn)實(shí)中的飛行場景，讓駕駛員有一種身臨其境的感覺，從而更好地進(jìn)行訓(xùn)練；動(dòng)力系統(tǒng)能給駕駛員帶來諸如加速、過載等飛行感受；而聲音的功能就是制造聲音，讓駕駛員能夠感受到引擎噪音、氣流噪音等。飛機(jī)駕駛仿真系統(tǒng)是利用多種傳感器獲取飛機(jī)的位置、速度和姿態(tài)等參數(shù)，并結(jié)合氣象、地形等多種環(huán)境要素，在這種仿真環(huán)境下，駕駛員可以在空中執(zhí)行諸如炮火射擊等復(fù)雜的空戰(zhàn)場面，從而增強(qiáng)他們?cè)诿鎸?duì)各種復(fù)雜局面時(shí)的反應(yīng)。該仿真器使用了與真實(shí)環(huán)境相匹配的飛行器系統(tǒng)進(jìn)行操縱，由此產(chǎn)生了人體的肌肉記憶，提升了操縱的熟練性。這種仿真裝置具有成本低、裝配簡單、便于拆裝等優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)需求迅速展開，彌補(bǔ)了當(dāng)前對(duì)軍事領(lǐng)域內(nèi)飛行員訓(xùn)練的不足。

三、結(jié)語

綜上所述，隨著我國大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等各種科技手段的不斷發(fā)展以及持續(xù)應(yīng)用，使得目前的直升機(jī)航電系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了機(jī)械化、數(shù)字化和信息化的發(fā)展時(shí)期，向智能化方向發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨。本文針對(duì)目前國內(nèi)直升機(jī)航電系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、通用處理平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)總線等方面的研究現(xiàn)狀，更是為其進(jìn)行應(yīng)用提供了科學(xué)的理論依據(jù)。由此提高其對(duì)環(huán)境感知、目標(biāo)認(rèn)知、戰(zhàn)術(shù)決策、電子對(duì)抗與維修支持等方面的集成能力，使其具有更高的作戰(zhàn)效能與生存能力，使航空電子系統(tǒng)能夠真正滿足直升機(jī)的作戰(zhàn)需求奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也希望通過本文的論述能夠?yàn)槲覈缛粘蔀槭澜绾娇諒?qiáng)國貢獻(xiàn)一份力量。中國軍轉(zhuǎn)民

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（作者簡介：王坤翔，92074部隊(duì)，本科，研究方向?yàn)楹娇绽碚?；作者單位：梁海生、王銅練，92074部隊(duì)）