现代传感技术如何将“模拟士兵”转变为“数字士兵”

据麦姆斯咨询报道，美国陆军指挥、控制、通信、计算机、网络、情报、监视和侦察中心（C5ISR）的Donald Reago博士在2021年美国国际光学工程学会（SPIE）国防和商业传感（DCS）数字会议中阐述了现代传感技术如何将“模拟士兵（analog soldier）”转变为“数字士兵（digital soldier）”。

美国陆军C5ISR的代理主任Donald Reago博士

“数字信息时代的战争感知”议题成为2021年美国国际光学工程学会（SPIE）国防和商业传感（DCS）数字会议的焦点。Donald Reago博士是美国陆军C5ISR的代理主任，该中心隶属于美国陆军未来司令部的作战能力发展司令部（DEVCOM）。

Reago博士主要负责科学技术项目的指导工作，该项目年度预算达2亿美元，拥有470名研究人员，项目技术范围涵盖内部研究和合作研究，并支持美国陆军和联合军种的各类项目。

本次演讲主要探讨了战争中的传感技术，涉及非对称威胁、多领域作战、指挥和控制层的感知以及其对信息处理和网络的需求。演讲中，Reago博士也考量了新型传感器和军事所需的“SWAP-C”（尺寸、重量、功率及成本）因素。

Reago博士表示：“现代战争中存在许多不同传感应用：从增强现实和目标感知系统，到物理安全监测和地雷探测，都会利用摄像头等传感器提供对作战人员执行相关任务有用的信息。”

如今，“寻找目标”的问题让军队倍感压力！在现代战争中，目标越来越难找到；我们的潜在对手或竞争对手已经意识到，如果自己能被感知到，那么很可能会被灭杀。因此，针对隐藏目标的方法研究越来越多，这使得目标更加难以被发现。

因此，陆军的目标是首先打赢感知信息战。这将使陆军能够果断行动并战胜威胁，传感器和信号处理是提供信息技术的关键要素。

模拟士兵 vs. 数字士兵（先进的传感技术使得“数字士兵”成为可能）

“数字士兵”是什么？

随后，Reago博士在演讲中讲述了现代传感器和相关处理技术是如何将作战人员从“模拟士兵”转变为“数字士兵”。

“数字士兵”从配备头戴式显示器开始，它可以显示所有类型的战争信息。作战人员需要数字传感器为其提供夜间成像功能，因此数字热成像传感器可为头戴式显示器提供相关夜间信息。当装配在武器上的传感器与抬头显示器相连时，信息即可自动投影至头戴式显示器，从而加速寻找并打击目标的能力。

目前，数字士兵既能够数字化报告信息，也能够数字化获取信息。因此，从某种意义上讲，数字士兵成为了一种与坦克或直升机类似的武器平台。我们可以将数字士兵与这些武器平台联系起来，建立起一支数字化、紧密结合的作战小队——这也可以承担武器系统的角色。

军事领域对新型传感器的需求

摆在Reago博士团队面前永久的研发挑战之一，就是新型且更加优异的传感器。“如今，我们正在构建的项目类型必须更加复杂，必须将新型传感器与用于生成数字信息的算法相匹配。”Reago博士表示。

接下来面临的挑战可能是社会中大多数人都非常熟悉的事情：成像像素数量的爆发式增长。这些态势感知应用需要大量的像素数据。当我们考虑实现360°感知应用、期望了解周遭世界的一切时，像素的数量群会迅速增长。

红外热成像仍然是夜间感知的最佳方法，并且全天候适用。在非制冷红外传感技术方面，我们的研究持续取得令人振奋的进展。我们发现，从目前最小的系统到数百万像素的红外热成像摄像头阵列，格式尺寸持续增大，但随着像元的不断缩小，其动态范围也在不断提升。

红外热成像能力、趋势和挑战介绍

军事领域的传感技术趋势

接着，Reago博士讨论了非制冷型、制冷型红外传感器以及数字读出技术的特性。

在美国陆军和国防部高级研究计划局（DARPA）的支持下，非制冷型红外传感技术在不断进步，该技术在诸多军事应用中均适用。由于其成本优势，我们需要继续推动这项技术的发展，将其应用到尽可能多的场景中。

制冷型红外传感技术在规格尺寸方面也有着类似的改进，如数百万像素阵列如今也属常规配置，像素尺寸越做越小；因此，我们看到了从单波段成像仪到多波段成像仪，甚至多光谱或高光谱成像仪的重大发展。

近些年，新出现的技术主要指数字读出技术，数字读出技术才是未来信息战的推动因素之一，究其原因在于，管理传感器输出的庞大数据量是非常困难的。

而随着技术的发展，我们很可能会在未来十年实现：大多数传感器系统均将基于底层的数字读出架构。即使与十年前相比，这也是一个巨大的改变。

本次演讲讨论的最后一项技术领域就是“信息处理”。例如，当我们开始在车辆周围安装数百万像素的成像传感器时，其信息处理量已突破了商用处理技术的极限；这样可能会压垮平台中光纤数据总线，并超过商用处理器的最大容量。因此，仍然需要在信息处理过程做出改进。

总结

“正如我所看到的，这些开发工作还是让我感到有些震惊。我们的技术也正朝向人工智能（AI）助手的方向发展，这就好像在其中增加了一名工作人员，而非那种圆头可爱的机器人。”Reago博士表示，“虽然，早期AI助手的功能比较简单，但它将直接向工作人员提供可操作的信息或情报，同时保持时刻观察环境、理解并提供战场动态。”

在接下来的十年中，我们将实现对传感器和处理平台的思维方式的转变，这将显著提升我军的作战能力。我们正处于数字信息时代，商业世界完全融入其中；军队至少在战术领域，正在迎头赶上，这似乎已成为未来的发展趋势。

这将对信息感知、处理和共享提出非常高的要求，也是我们成功与否的关键决定因素。未来，传感和处理技术将会有很大的进步，我们在SPIE中所讨论的技术，也将在未来军队中得以实现。

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