说说那些革命性的战斗机座舱航电

万磁王

　　新一代头盔显示器强调在任务各阶段都能帮助飞行员提高表现，设计目标是使飞行员、飞机、机载系统间进行更有效率的沟通，让飞行员获得并维持态势感知，进而提升任务效益。但头盔显示器在设计上不仅会遭遇技术问题，还会遇到与飞行员问复杂的接口挑战，如：人人各异的头部及脸部，因此设计上要非常有弹性。
　　最新的头盔显示器能提供80°×125°的视场，也不影响飞行员操控传统仪表。显示源可以单独装在头盔上，或是较常见的置入头盔内。如果要求高分辨率和宽阔的视场，显示源就不能太小，非得用单独式的不可。头盔上的显示源通常是单色CRT，因为它与数字滤波器的搭配在性能、重量、尺寸各方面最为均衡。
　　CRT成本低、来源容易、可靠、影像质量良好，不过虽然已经小型化，但其电源需求、高正极电压、产生高热仍是缺点，所以目前正在研制和测试中的显示源有：平板（Flat Panel）显示器、液晶显示器、场致发光（Electroluminescent）显示器、发光二极管显示器、场致发射（Field Emission）显示器、真空荧光（Vacuum Fluorescent）显示器、等离子（Plasma）显示器、微镜片装置（Micro-mirror Device）显示器。这些试验性新产品的尺寸小、电力及电压需求低、产生热量少、重量轻，对头盔显示器极具吸引力，平板显示器尤其有望成为民航平显的迷你显示源。美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）已经提供经费展开研究，研制和综合平板计算机技术到下一代的头盔显示器内。
　　在引进人工智能和光纤传输技术后，预计未来头盔显示器会有革命性的发展，头盔显示器和各种传感器问的综合程度会更好，并有更高的资料更新率以及智能型的信息显示。同样目前飞行员在转动头部时出现了图像迟滞现象，未来应该都会完全克服。
　　在这方面很重要的一项发展就是视觉国际公司为F-35“闪电”——第一架无平显的现代战斗机——发展的HMDS头盔（Helmet Mounted Display System-头盔显示系统）。事实上，当飞行员视线与瞄准线方向一致时，HMDS头盔就是F-35的虚拟平显；当飞行员视线逸出瞄准线方向时，凭借围绕机身的六个分布式孔径系统（Distributed Aperture system）的传感器，HMDS头盔会提供“穿透”机身的视觉体验，并显示类似平显上的飞行性能数据、威胁信息、目标瞄准图像。

最新版本的HMDS头盔

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　　HMDS头盔以内置的微光传感器进行夜视，必要时还能以分布式孔洞系统影像显示周围三百六十度的情况。系统使用的图像和符号和现役JHMCS头盔完全相同，用有源矩阵液晶投影器取代了CRT，在头盔左、右各一具，分别用于投射影像及图像。夜视影像则由镜片投射到面罩内侧，可提供40°×30°的双筒视场。第一套HMDS头盔原型系统内有一支由ITT企业（ITT Industries）定制的16毫米直径影像增强管（Image Intensifier Tube），以电极耦合组件（Charge-coupled Device）储存影像视讯，由头盔外两眼上方的光学管投射到面罩上。

F-35 头盔显示器生成的增强影像

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　　头盔显示系统另一项新发展，是欧洲战斗机（Eurofighter）“台风”（Typhoon）的HMSS头盔（Helmet Mounted Symbology System-头盔符号系统）。不论飞行员注视何方，HMSS头盔都能提供飞行及战术信息。此系统采用双面罩构型，夜晚使用透明防爆/显示面罩，白天使用可上下翻转的防眩/激光眼部防护面罩，头盔两侧各有一具增强管，提供40°×30°双筒重迭画面视场（前视红外影像也可投射到面罩上）。头盔为一体式设计，与头部防护、生命支持、光电完全兼容，还搭配全综合氧气面罩，提供核生化防护。头盔设计经过一系列严格测试，包括飞行时速1100公里以上的气流冲击和弹射测试，设计重心偏移量也尽减量小，以降低飞行员在高G值动作时头部的不适。

HMSS头盔

HMSS采用LED定位技术

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夜视镜
　　从70年代初起，由于精密武器系统的扩散，改变了现代军事战争中的飞行及作战方式。为了完成任务并安全返航，现在的现代化空军相当依赖夜间低空作战能力，这都需要夜视设备才能实现。
　　在过去的30年中，由于夜视技术的进步，许多国家的空军凭借夜视镜（Night Vision Goggle）大幅提升了作战能力。夜视镜的典型位置是架在飞行头盔上，让飞行员通过镜筒观看舱外景物，也能从镜筒下的缝隙查看飞行仪表。夜视镜提供飞行员优质的夜间视觉信息，让他能看清地平线、物体、以及地形。

佩戴AN/AVS-6飞行夜视镜的直升机飞行员

　　飞行员夜视镜通常是一副双筒接目镜，内部各有一支影像增强管，双镜筒的优点是两眼可各自对焦，提供单镜筒欠缺的景深。电源由夜视镜内或头盔后方的电池供应，和机载电源互不干扰。正常使用时，夜视镜与飞行员的视线在同一直在线，必要时用手往上推就会弹开。

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夜视镜原理
　　夜视镜是一种影像增强器，高倍率放大微光后在飞行员眼前呈现接近白天亮度的景像。影像增强器依据光能量放大的原理全被动式操作，对光谱中波长在600~950纳米（红光及近红外线）的部分很敏感，会把该区间内的反射光或发射光能量放大，送入飞行员的眼睛，这一部分光谱称为夜视镜反应光谱（NVG spectral response）。所以影像增强器在完全黑暗的环境中没有任何作用，得有一些亮光才行。
　　影像增强器的增强管（tube）工作方式如下：影像先聚焦于一根被称为光电阴极（photocathode）的感光物质上，光电阴极根据光线撞击的猛烈程度发射出数量与撞击程度成正比的电子，在电极加速下冲向荧光屏（phosphor screen），在屏上产生影像的荧光画面，飞行员通过目镜（eyepiece lens）观看。

夜视镜工作原理

影像增强管的样子

　　夜视镜内一般会有滤光镜，用于过滤蓝光和绿光，让夜视镜符合光线兼容要求。夜视镜进光量增加会导致夜视镜的性能降低，也影响飞行员的夜视能力，所以夜视镜通常具有自动亮度控制（Automatic Brightness Control），当进入镜内的光线太亮时会自动降低系统的放大倍率，以保持恒定的画面亮度。
　　夜视镜的光线放大能力和视敏度（visual acuity）在这几年进步神速，镜体的重量也轻了许多，挂在飞行头盔上即使在剧烈机动中也不致于给飞行员造成太大不适。

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夜视镜发展
　　第一代夜视镜大约在60年代初期的越战时期问世，主要用于步兵的夜间观测及侦察任务，分辨率大约是20/80斯内伦视敏度（Snellen Visual Acuity，标准视力在白天看景物的分辨率是20/20视敏度；分母越大代表分辨率越差），虽然不是很好，但与未戴上时的20/200相比已是很大的进步了。早期夜视镜都有所谓“光晕”（blooming）的问题，就是飞行员眼中看到的光源会有月晕现象，导致夜视镜放大倍率下降，性能也因此衰减。目前最先进的技术已能有效解决这个问题，凭借自动且极快速开关电源以及在微通道平板（micro channel plate）镀上一层离子障壁（ion barrier）薄膜，大幅降低光晕现象。
　　经过改进后的第二代夜视镜，光筒较小较轻，双眼镜筒能提供立体视觉，最重要的两根增强管内有许多微通道平板，可大幅增加电子的数量，提供更明亮的外界影像。微通道平板是一片玻璃材质、类似蜂巢状的薄板结构，里面约有一千万根极小的中空增强管（称为微信道），彼此相互平行，但与光线光电子射入的方向夹8°的斜角，离开光电阴极的电子进入微信道后，由于倾斜角的关系会先撞击管壁，撞出管壁中的电子，如此在管壁经过多次的撞击后造成电子的数量急剧增加，因此微通道平板就好像是电子倍增器，一个微通道就是影像中的一个像素（pixel）。

微通道平板

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　　美军最常见的第二代夜视镜是AN/PVS-5，它的圆形视场（circular field of view）为40°，目视分辨率提升到20/55。AN/PVS-5本不是为航空应用而设计的，但经过改进、搭配与头盔兼容的面罩后，可挂在美国陆军航空队的SPH-4标准头盔上。AN/PVS-5在90年代中后期前一直是美国陆军的重要装备。

AN/PVS-5只能说是凑活使用在直升机头盔上

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　　第三代夜视增强管在80年代初开始测试，80年代末实用化。第三代增强管使用砷化镓（Gallium Arsenide）光电阴极，主要对可见光最顶端的红光和红外线加以反应。AN/AVS-6飞行夜视镜使用了第三代增强管，这是第一套专为飞行员设计的夜视系统，AN/AVS-6的物镜（objective lens）组件上有减蓝（minus blue）滤光镜，工作光谱约在625-950纳米之间，阻挡波长小于625纳米的光线，因此夜视镜看不见座舱内的蓝、绿光仪表和照明光线。此种夜视镜的圆形视场仍为40°，但分辨率则提升到约20/45，并改进了瞳孔间距（inter-pupillary）、倾斜度、前后调整的人体工学设计。AN/AVS-6现在还有许多仍在继续服役中。

AN/AVS-6是第一套专为飞行员设计的夜视系统

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　　90年代初期问世的AN/AVS-9是AN/AVS-6的改进型，增强管的性能更好，焦距调整方式更顺畅，大型目镜更舒适。AN/AVS-9的圆周视场还是40°，但放大倍率高达6,000倍，分辨率接近20/25。

A-10飞行员们在调试AN/AVS-9夜视镜

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　　最新的全景式夜视镜（Panoramic Night Vision Goggle）用以四支直径较小的16厘米影像增强管取代传统的两支18厘米管，因此可提供95到100°的视场，中央区域的视场（水平30°，垂直40°）依然由双眼笼罩，而左、右最外围的部分只提供给左、右眼各自观看。

四眼外观的全景式夜视镜

全景式夜视镜因其优良的性能而很快被特种部队采用，因猎杀本拉登一战而名声大噪