七、“虚拟现实控制与感知系统”
1 、“迅速制敌”之主要特性:卓越才能
按照“迅速制敌”的构想,对无人驾驶航空器将有巨大的需求,这些无人驾驶
航空器在配置上要适合担任广泛的角色和任务。这种任务的扩大预计将需要控制无
人驾驶航空器和赋予“信息消费者”更强的战场态势感知能力的创新性方法。从地
面站的角度看,现在的无人驾驶航空器常常只不过是了解难以融入更大任务目标视
野中的场景的一个窄小窗口。这种方法现在可最低限度地满足需要,而对于未来范
围扩大了的任务就不能胜任了。未来,无人驾驶航空器将被要求执行难度高、互动
性强的作战行动,如打击、防空、遮断,甚至近距离空中支援。另外,同一平台上
载有不同的有效载荷,甚至多种有效载荷,将对系统提出整合各类不同图像以取得
对态势的协调一致掌握的新要求。
我们提出了一种新的信息整合系统,叫做“虚拟现实控制与感知系统”。这种
系统使用户拥有更强的能力,不仅控制单架飞机,而且控制多种无人驾驶航空器和
取得对战场态势的全面感知。无人驾驶航空器的使用者将在一种增强型现实环境中
操作。这种环境将虚拟和真实场景数据无缝隙地融合起来,以增强态势感知能力和
取得对平台、传感器套件和其他作为有效载荷的装备的控制。无人驾驶航空器的使
用者也将能够在时间紧迫和紧急情况下做出更有效的反应。
这种系统的构想是,用户可在战场空间内采取任何视点:无人驾驶航空器内部
;无人驾驶航空器之后;太空或地面的任何一个固定点;“附加”于行驶在战场上
的敌人坦克上或者进入战区的己方喷气式战斗机上。操作员看到的场景将是数字化
地形数据和特征数据的高度融合,这些数据可能来自卫星或无人驾驶航空器的合成
孔径雷达图像,而这些图像将依据无人驾驶航空器自己的数据不断地加以更新。因
此,操作员所处的环境是一种虚拟与现实相结合的环境,是一种增强型现实环境。
如果有适当的网络连接,更新数据也可同样容易地得自其他信息源,如最近的卫星
图像、盟国的无人驾驶航空器或自动地面传感器(UGS) 。许多对象和地形特征的数
据将可从基本数据库得到。操作员进行查询,可“点击”能使数据出现的特征——
与当前互联网浏览器支持的模式相同,只是这里是以三维的形式调用的。
无人驾驶航空器操作员或“自动目标识别”程序所识别的目标和其他事物,将
被转变成带有适当图标和行为模型的永久对象。例如,如果一位观察员及其“自动
目标识别”程序有百分之九十的把握认为,他们发现了3 辆坦克以纵队形式沿着道
路行驶,那么就可以看见3 个坦克图标以发现的速度前进。这种环境可以由许多分
布式用户共享。对于协作性和多操作员的互动和行动,这是一种理想的安排。最后,
这种体系结构允许将高质量的训练工具嵌入操作员的控制台,方法是加上“插入式”
软件模块,如飞行动态、“计算机生成的部队”和无人驾驶航空器场景生成。
图中的GCCS、UAV 和ATR 分别指“全球指挥与控制系统”,“无人驾驶航空器”
和“自动目标识别”。
虚拟现实控制是上面所构想的系统的至关重要部分,但是“虚拟现实控制与感
知系统”的体系结构还必须支持其他的能力:
◇智能化援助;
◇多操作员决策支持;
◇最佳态势感知;
◇多传感器图像整合;
◇任务管理;
◇训练。
要实现这样的构想,需要考虑多种因素,包括:在虚拟场景中准确放置无人驾
驶航空器及其数据的能力;计算机图像生成器(CIG) 实时更新场景的能力;所采用
的算法给多源模拟视频图像纠错和建立相互关联的效率;浸入式人与系统界面(HIS)
的总体功效;以及,也许是最为重要的,用户本身充分利用和了解所支配的工具的
能力。模拟领域出现的高度有效的技术、计算机硬件日益增强的功能以及我们对人
机界面机理越来越多的了解,这些都有助于我们应对上述方面存在的风险。
2 、“虚拟现实控制与感知系统”的体系结构
我们所描述的构想可以通过图2-3 所示体系结构来实现。无人驾驶航空器和顶
部的3 个模块( 无人驾驶航空器控制模块、独立作战模块和用户界面) 的总体功能
类似于现有的控制结构。就大多数系统而言,操作员拥有一系列显示器和控制工具
;无人驾驶航空器由一套航线计划算法来导航;而且,两者之间有双向通信链路。
另外,操作员的控制台有时候还有一套数量有限的态势感知工具,如数字化地图和
无人驾驶航空器数据监控工具。图中下方的3 个软件模块以及相关的数据库和网络
连接,可能与现有的系统能力没有现成的可比之处。它们使无人驾驶航空器“操作
员”可为更大的用户群发挥作用,包括指挥官和战场上的战士。
新的模块代表了能力的大幅度增加。使这些我们所提议的能力增加能够得以实
现的技术来自这样一些领域,包括:分布式模拟、开放式系统图形显示法、客户/
服务器结构、浸入式人与系统界面、快速数据库转换、永久对象管理、用于指挥与
控制的通用操作环境、面向对象的数据库结构、地理空间信息管理系统以及数据收
集和代理系统。
人们凭直觉就会感到利用迅速发展的开放式系统协议具有吸引力。然而,人们
需面对的一个挑战是:这些技术能否无缝隙地整合;如果不能,那么其中哪些技术
可带来比较大的潜在收益,因此人们理应为其整合投入较大的资金和努力。虽然开
放式系统通常情况下比封闭式传统系统更容易连接,但这一断言将需要得到详细的
探讨。
一个值得关注的问题是,真实数据可以什么样的速度叠加到虚拟地形数据库,
以及真实数据与虚拟数据库之间的位置差异会达到什么程度。答案的第一部分几乎
是取决于两种技术之间的竞争:无人驾驶航空器与操作员控制台之间的通信带宽相
对于处理器的能力和用于图像矫正( 即把图像放人标准坐标系) 和图像变形等操作
的算法的灵巧程度。很明显,如果有人想简单地拿来得自无人驾驶航空器的所有数
据并试图将其叠加到地形上,那么到某一点就会达到处理系统将不支持的数据率。
然而,还有其他一些方法我们将需要考虑,如只处理那些“新”的和有用的无人驾
驶航空器数据,以生成达到规定转换率的系统。
另一个研究领域将是系统的效能:“虚拟现实控制与感知系统”可在何种程度
上赋予操作员控制无人驾驶航空器完成一系列任务的能力。由于对人类理解和使用
信息的方式仍然缺乏充分的了解,这个问题只能通过试验来解决。对此,我们只需
说没有什么技术障碍能阻止开发像这里所提出的增强型现实系统就够了。我们需要
做的是评估这种系统相对于其他方法和系统的最终效用。
概括起来说,本章所列举的六种“图纸上”的系统具有代表性,能够说明可如
何根据“迅速制敌”理念来选定技术,以及这些技术可如何帮助达成影响意志和看
法所需要的“震慑与畏惧”的效果。正是这个过程和这些互动,才是读者应考虑和
用来确定有助于达成“迅速制敌”的其他或更好系统的最重要方面。
——泉石小说书库——
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