军用航空电子设备的合成视觉系统

已经在一些商用飞机上飞行的合成视觉系统现在终于进入了美国军用航空电子平台。这些系统将在退化的视觉环境中提供战术优势，同时利用商用现货（COTS）处理解决方案和开放式架构计划，如未来机载能力环境（FACE），使其设计和部署成为可能。

视觉环境退化（DVE）——雾、沙、雪、云或其他任何东西有意或无意地遮挡了能见度——是军用直升机飞行员最危险的环境之一。然而，飞行员必须能够在这些危险的飞行条件下操作，以完成他们带到天空管理的任务，并安全地到达目的地。

霍尼韦尔航空航天公司业务发展经理Howie Wiebold指出，在DVE条件下运营“使美国军方付出了许多生命和数亿美元的代价”。

合成视觉系统通过为飞机操作员提供驾驶舱外世界的三维视图，使飞行员能够在飞行的任何阶段清楚地看到DVE情况，从而有可能挽救生命并降低成本。

合成视觉系统可以“为直升机飞行员提供真正的战术优势 - 通过将‘拥有环境’的能力带入飞行，”Wiebold说。

什么是合成视觉？

霍尼韦尔的合成视觉方法被称为“合成视觉航空电子骨干网”或“SVAB”，是一种“信息‘融合’引擎，能够合并来自各种来源的数据，如红外相机、可见光相机、毫米波雷达等，”Wiebold 解释道。“SVAB将实时传感器与现有的军事数据库，当前导航数据和其他飞行信息来源融合在一起，形成了驾驶舱外环境的无与伦比的可视化。

在过去的一年里，SVAB在雪和尘土中进行了严格的测试。

“我们持续的研究工作集中在测试各种传感器，并将数据和信息整合到飞机周围环境的综合视图中，该视图显示在飞行员的飞行显示器上，”他说。“到目前为止，这包括测试霍尼韦尔毫米波雷达，光探测和测距（LIDAR）传感器以及与现有地形和障碍物数据融合的红外（IR）相机。结果是为飞行员提供了一个‘窗外’视图，允许在DVE中进行更安全的操作，这是一个潜在的战术优势。

霍尼韦尔的工作重点是确定每种传感器类型的优缺点，但更重要的是，展示将所有实时传感器信息与现有数据融合的显着优势。

“我们还与DARPA（国防高级研究计划局）签订了合同，”Wiebold指出。“作为我们对DARPA多功能射频计划研究的一部分，我们将对SVAB进行编程，更新，并将其与美国军用测试直升机上的先进雷达集成。安全是重中之重——我们正在努力确保在DVE内飞行尽可能安全，并为作战人员提供优势。

合成视觉的演变

合成视觉系统使用机载数字地形高程来显示飞机飞行路径上地形的“真实世界”图像，其方式与飞行员通常在飞行时看到并接受训练的方式非常相似。

罗克韦尔柯林斯副总裁兼仿真和培训解决方案总经理 Nick Gibbs 表示：“可能会添加来自垂直障碍物数据库（如高层建筑、无线电塔、风力涡轮机等）的信息，以提供对飞机高度或附近危险的更多见解。

这些信息“提高了飞行员的态势感知能力，并允许在驾驶舱内做出更好的决策，”吉布斯继续说道。“我们的HeliSure直升机合成视觉系统（H-SVS）使用三弧秒（~10米）的高分辨率底座来提供当今最详细的显示。

随着航空电子设备嵌入式处理能力的不断增长，合成视觉系统也在不断发展：“地形渲染能力的更多细节、障碍物数据库的细节和内容以及通过处理实现的演示技术将继续改善合成视觉系统的图像和警报功能，并具有更逼真的外部世界视图，”Gibbs 补充道。

合成视觉准备好广泛用于军事了吗？

吉布斯说，迄今为止，军方在采用合成视觉系统方面进展缓慢，主要是因为它倾向于“将资源集中在DVE的传感器应用上”。“合成视觉系统依赖于在飞行前开发、验证并加载到飞机上的信息数据库。

与高度受控的民用飞行环境不同，“行动必须在高度动态的战场环境中执行要求苛刻的任务，敌人几乎可以在一夜之间制造新的威胁，而安全的行动需要实时信息，”他继续说道。“除此之外，军方需要从未改善的着陆区进行行动，这是一个独特的挑战，更有可能遇到掉电或白化 - 强调需要传感器增强的着陆能力，这是合成视觉本身不擅长的。

吉布斯指出，美国军方正在继续其科学和技术投资，以开发DVE能力的解决方案，并可能“有望在未来三到五年内提出解决方案”。“一旦围绕DVE系统的技术问题被克服，飞行员的培训将随之得到解决，因为培训系统 - 例如我们的可运输黑鹰操作模拟器，被美国陆军和众多国际服务广泛使用 - 更新并开发新的培训计划。

霍尼韦尔的SVAB“继续进行研发，为插入军事平台奠定基础，”Wiebold说。“我们的目标是将我们的技术插入军事系统的几个插入点。关键的挑战，特别是对于旋翼应用，是尺寸和重量。作为我们努力的一部分，我们将继续增强系统以满足性能要求，同时减小尺寸和重量。我们在未来一到三年内看到了几个潜在的插入机会。

COTS和合成视觉

霍尼韦尔和罗克韦尔柯林斯是否正在为其合成视觉系统使用 COTS？本质上，是的。

构成霍尼韦尔SVAB产品基础的合成视觉系统“已经被世界各地的公务机使用，”Wiebold说。“我们使用军事数据库和实时传感器定制用于军事用途的合成视觉系统，并输入旋翼机，但该系统的基本基础使用绝大多数COTS组件。

就其本身而言，罗克韦尔柯林斯“严重依赖我们的显示器和任务计算产品中的COTS处理组件，以支持合成视觉功能，”吉布斯指出。“通用处理和图形处理单元用于托管高度计算密集型的 H-SVS 应用程序。我们的Flight2系统还使用COTS以太网组件以及高完整性的流量管理软件来管理数据库存储设备和处理组件之间数据通信的延迟和完整性。

开放式架构/人脸标准

合成视觉系统是否采用开放式架构，如FACE技术标准？是的，它们起着核心作用。

值得注意的是，罗克韦尔柯林斯公司是第一家与美国军方一起部署完全开放的系统架构（OSA）系统的公司。吉布斯指出：“我们在美国空军的KC-135，USCG HC-144上的Flight2飞行甲板以及2000年初在美国陆军的支奴干直升机上广泛部署的通用航空电子架构系统（CAAS）指导了军事航空电子工业的变化。

罗克韦尔柯林斯的Flight2和CAAS系统中使用的OSA方法的一些特征和功能已被当前的FACE标准所采用。吉布斯说，罗克韦尔柯林斯最近宣布“认证完全符合FACE标准的应用程序 - 为军用固定翼或旋转翼飞机提供所需的导航性能（RNAV）功能。“我们目前正在开发更多与FACE一致的产品，以支持美国陆军使用FACE架构作为其航空通用操作环境的举措。

霍尼韦尔同样致力于开放式架构。“我们的SVAB部门的主要优先事项是平台和传感器的公正性，”Wiebold说。“解决方案应该是运营商希望安装在每种类型的直升机上 - 并使用各种和多个传感器，无论是用于商业还是军事用途。SVAB旨在从不同来源接收信息，无论信息是由什么创建的。它是开放的，因此它可以通过接收这些信息来适应，并且系统可以高度准确地表示外面实际发生的事情。

霍尼韦尔积极参与了FACE联盟及其技术标准的创建。“我们已经赢得了政府提供的每一份S&T ［科学和技术］合同，专注于参考架构演示，其中包括满足FACE标准，”Wiebold指出。“霍尼韦尔还开展了内部研究计划，以研究使关键产品（导航系统）符合FACE标准的必要步骤。

航空电子设备安全认证挑战

航空电子设备安全认证的挑战 - 或缺乏既定要求 - 是否减缓了军方采用合成视觉系统的速度？这是阻碍的一部分，但现在正在解决。

审核编辑：郭婷