说说那些革命性的战斗机座舱航电

万磁王

　　瞬时视场的大小取决于光学组件中的透镜直径和复合玻璃到飞行员眼睛的距离，一些现役战斗机（如：F-16）的飞行座椅向后倾斜，飞行员眼睛到复合玻璃的距离又远了一些，让这个问题更加难解。有人试图用较大透镜来改善瞬时视场，却未能成功，因为如此一来平显也需等比放大，为了避开弹射椅又要放得更远一些。
　　无论制造工艺和设计多么精巧，传统光学技术在平显视场和图像明亮度上还是受到复合玻璃和光学系统的限制。要让飞行员看到既清晰又明亮的图像，CRT的就需要足够亮，但若反射图像的复合玻璃又降低了CRT的亮度。这个问题的症结在于复合玻璃除要反射光线外还需有良好的透光性，让飞行员能看清楚外界，反射性和透光性虽然不见得互相排斥，但却是属于截然不同的性质，所以只能折中，限制了平显的显示亮度。
　　这个问题的解决方案就是光线衍射技术，休斯公司（Hughes）率先研制出了实用化的衍射平显，其它一些光学显示系统制造厂商，如：凯撒航天电子（Kaiser Aerospace Electronics Corp.）、飞行动力（Flight Dynamics）、史密斯（Smiths）、马可尼航电、泰雷兹航电（Thales Avionics）…等也相继研制生产了新型衍射光学平显。这种平显亮度极佳，水平视场约在30°左右，重量及体积也比较小。
　　与传统的准直平显不同的是，广角衍射平显需要设计制造不同的光学系统。这种采用全息摄影原理制成的平视显示器，是20世纪70年代中后期平视显示系统技术的新突破。由这种原理制成的平视显示器称为全息平显，又称衍射平显。它采用曲面玻璃代替常规的平面玻璃，阴极射线管产生的字符或图像经玻璃的半镀银面反射，叠加到外景图像上。字符或图像由玻璃显示屏下的透镜聚焦于无穷远处，有效地呈现在飞行员前面。理论上可以实现180°的总现场，而实际显示图像的大小由准直透镜确定。

衍射平显基本原理

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　　以美国休斯飞机公司在20世纪70年代研制的第一种广角全息平显为例，该平显用全息图记录构成薄膜透镜，覆盖整个曲面玻璃显示屏。采用这种方法，复合玻璃本身就变成了光学系统的最后一级透镜，其大小实际上占据了整个显示屏。这种薄膜透镜是用激光摄影法在涂到曲面玻璃显示屏上的明胶层记录下衍射光栅（亦称全息板）的形状而构成的。经过处理后，在薄膜透镜上方盖上第二层玻璃，形成夹层。“透镜”由明胶层折射系数的变化形成，并产生衍射光栅效应。

衍射平显的复合玻璃本身就是最后一级透镜，图为“阵风”的平显

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　　在白天，外景经过衍射平置至飞行员的透光率通常高于85%，与之相比，传统平显为70%。同样，阴极射线产生的信息从发光面到飞行员眼睛的反光率亦高达80%，而传统平显仅约为25%了。然而，这两种平显的最主要的差别还在于瞬时视场的扩大上，新型平显的瞬时视场由以往的窄视场（如F-16A装备的平显为13.5°×9°，F-15C装备的平显为12°×17°）提高到30°×20°。因为衍射光学系统对振动不敏感，大多数广角平显复合玻璃的支架大大减小，这对改善飞行员向舱外观察的视野非常有利。

这是“台风”后座的平显，只有两个小支架

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　　由此可见，广角全息平显最突出的特点是：在夜间或低能见度下，可以显示用于此种情况下的微光电视和前视红外图像，真正达到宽视场、全天候、全天时使用的目的，可以显着提高载机的作战性能。
　　新一代战斗机几乎都采用衍射平显，JAS-39“鹰狮”（Gripen）使用的是凯撒公司的产品，视场为20°×28°；F-16C上的衍射平显视场达18°×30°，是GEC航电公司（GEC Avionics）为LANTIRN吊舱研制的；“阵风”（Rafale）战斗机上所使用的衍射平显由泰雷兹航电研制，该公司所发展的平显系统与众不同，结合了抬头、平视、俯视的功能，一些有用但不太重要的任务数据不显示在飞行员的前方视角内，而是在稍微低头的视角处。

LANTIRN吊舱的红外影像在衍射平显上能获得更大的视场

F-15E的衍射平显显示红外影像效果

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　　衍射平显日益普及，欧洲战斗机（Eurofighter）上的系统由马可尼公司研制，仅有一片复合玻璃，即使在最强烈的阳光下也有很好的显示效果。F-22“猛禽”（Raptor）战斗机上的平显由美国空军仪器飞行中心（US Air Force Instrument Flight Center）研制，由GEC航电公司制造，视场达25°×30°。

由于镀膜的关系，衍射平显的复合玻璃总是绿油油的。图为F-22的平显

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头盔瞄准器
　　虽然飞行员可通过平显观看机外的景物，而且最新衍射平显的视场也已经加大，但平显的视场方向仍与机身轴线一致，涵盖角度仍然嫌狭窄。这个问题在执行夜间任务时尤为严重，复合镜片上显示的前视红外或微光电视（Low Light Level Television）影像是飞行员透视黑夜的唯一窗口，视场不足就成为严重问题，只要飞行员偏转头部，眼前即是一片漆黑。另外，最新一代短距空对空导弹具备大离轴角度（off-boresight）交战功能，但平显无法充分发挥这个功能。
　　要解决这个问题，最直接的想法就是把平显综合到飞行头盔内。由于电子零件不断微型化，这个目标如今已能实现，最简单的雏形就是头盔瞄准器（Helmet Mounted Sight）了。头盔瞄准器能指挥飞机和武器系统的传感器指向飞行员注视方向，还能以适当符号提醒飞行员视界外的目标。第一种实用化的头盔瞄准器是装备美国海军F-4“鬼怪II”战斗机的霍尼韦尔（Honeywell）的AV8-8视觉目标获取系统（Visual Target Acquisition system），共约生产500套。但是AV8-8内用来测量飞行员头盔和眼睛位置的传感器就重约0.8公斤，飞行员在做高G动作时会非常不舒服，因此这种头盔瞄准器随着F-4的退役也一块消失了。

安装了AV8-8视觉目标获取系统的APH-6A头盔，有一个伸到飞行员眼前的反射镜，飞行员把镜片中的准星指向目标就能使空空导弹引导头对准目标

俄罗斯米格-29和苏-27的头盔瞄准器采用了相似的设计

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　　到了80年代初，由于电子零件进一步的微型化加上新材料的出现，头盔瞄准器概念又重新兴起。现在已有数种成熟产品问世，它们除了具备瞄准功能外，还能凭借非常先进的显示系统为飞行员提供各式各样的数据。典型例子就是由以色列埃尔比特公司（Elbit Ltd）生产的DASH头盔（Display And Sight Helmet-显示瞄准头盔），装备了以色列空军的F-15、F-16和F-4。DASH头盔由四个主要组件组成：传感器、计算机、控制面板、天线。安装在座舱盖下方的微型发射机配合头盔内的接收机，可判断飞行员的头部位置。DASH头盔和机载导航系统、导弹引导头、雷达、平显都交联在一起，当它与全功能操纵杆（Hands on Throttle and Stick）综合成全操作模式时，头盔显示器能显示如下内容：目标位置与距离、导弹发射区、飞行信息（速度、高度），以及各种警告信息。

以色列的DASH头盔已经是以色列F-15/16战斗机的标准装备

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　　以DASH头盔的技术和特点为基础，埃尔比特公司和美国凯撒航天电子公司（Kaiser Aerospace electronics Corp.）组建的视觉系统国际公司（Vision System International）研制了JHMCS头盔（Joint Helmet Mounted Cueing System-联合头盔提示系统）。美国的第一线战斗机，如F-16、F/A-18、F-15都已选用JHMCS头盔，有些国家的F-16也在中期寿命升级（Middle Life Upgrade）中引入该头盔。JHMCS头盔可指挥大离轴导弹瞄准飞行员视线注视处，确定导弹引导头的瞄准线，所以飞行员仅需看着目标就能对它交战、锁定及发射导弹。JHMCS头盔的组件包括：轻重量的HGU-55/P飞行头盔、不影响飞行员弹射逃生的头盔显示器和相关光学零件、迷你CRT、磁性接收机单元、迷你照相机、自动亮度控制传感器、以及微控制器。

JHMCS头盔可以被看做是一个头戴的平显系统

JHMCS的显示组件，取代了HGU-55/P飞行头盔原来的护目镜

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　　在头盔瞄准系统概念开始发展时，仅有CRT可用来充当显示器，但尺寸及重量都得缩小。最后人们研制出直径一英寸的小型CRT，这个尺寸经实际验证可提供最佳的光栅（raster）影像解祈度和亮度（luminance）。
　　简单来说，头盔瞄准系统的原理是测量飞行员视线的水平、垂直改变量，并把信息传送给机载雷达、惯性导航系统、前视红外系统、瞄准吊舱、及武器。一般来说，头盔的位置定位是通过一个或多个固定在座舱盖上的发射机，和头盔内的微型传感器来共同完成。当飞行员转动头部时，发射机产生的磁场会改变，微型传感器测量变化值，送出信号驱动各传感器及武器指向飞行员视线方向。另外一种方式是使用光电发射机和光电接收机。

F-16座舱盖内侧的位置发射机

　　头盔瞄准系统显示的信息基本上是瞄准准星线（reticle sight）加上飞控和传感器/武器管理所必需的信息。头盔瞄准系统和平显使用相同的符号（symbology），显示的图案和文字焦距也都定无穷远处。头盔内的显示组件包括光源和一组传统透镜，用于把影像投射在护目镜上。光源可以是发光二极管阵列（Light Emitting Diode）或微型CRT，一般来说后者显示图像更清晰，但与头盔间的综合较困难。
　　头盔瞄准器有许多优点，但它的亮度控制不佳，且无法显示前视红外及微光电视的影像。飞行员在执行夜间任务时仍要靠视场有限的平显看清外界，在这些因素考虑下，头盔显示器（Helmet Mounted Display）将很快取代头盔瞄准器。

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头盔显示器
　　头盔显示器系统可提供以下功能：
　　·显示飞行及战斗管理的图像。
　　·判断飞行员的视线（Line Of Sight），指挥最重要的传感器及武器。
　　·在任何天候情况下提供光电传感器摄得的外界影像。
　　·保留传统头盔的功能，如：保护飞行员头部，连接无线电及氧气系统。
　　整套系统的重量不能超过两公斤，以1.5公斤最理想。头盔显示器系统功能中最重要的是视场大小，以目前的技术水平而言，视场每增加10°，重量大约会增加0.2公斤。在长时间任务或高G值飞行动作下，这些重量会对飞行员颈椎造成负担，因此头盔显示器要尽可能贴近飞行员头部。
　　早期头盔显示器非常贵，而且性能不佳：影像模糊、分辨率差、亮度黯淡、对比度低劣、重量不轻。但相关技术进步得很快，美国陆军航空队（US Army Aviation）在武装直升机上率先采用了头盔、头部跟踪器以及显示器综合成单一系统的IHADSS头盔（Integrated Helmet and Display Sighting System-综合式头盔显示瞄准系统），使用非常成功，这也促成了新一代综合式头盔系统的研制热潮。

美国陆军用于直升机的IHADSS头盔