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关于头盔瞄准具和JHMCS

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一下资料部分来自空军之翼,原作者魏楞杰,以及一部分自己搜集自互联网的的图片收藏。
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。


1楼2017-03-22 11:14回复

    俄罗斯米格-29和苏-27的头盔瞄准器采用了相似的设计

    进而发展成上图样式


    2楼2017-03-22 11:16
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      2026-04-25 13:51:46
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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。


      3楼2017-03-22 11:18
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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。



        4楼2017-03-22 11:20
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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。

          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。


          5楼2017-03-22 11:21
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            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


            6楼2017-03-22 11:25
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              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。





              7楼2017-03-22 11:26
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                以下附上一些相关图片





                8楼2017-03-22 11:33
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                  2026-04-25 13:45:46
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                  9楼2017-03-22 11:33
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                    10楼2017-03-22 11:34
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                      11楼2017-03-22 11:35
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                        12楼2017-03-22 11:36
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                            14楼2017-03-22 11:37
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                              15楼2017-03-22 11:37
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