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头盔瞄准器
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。

安装了AV8-8视觉目标获取系统的APH-6A头盔,有一个伸到飞行员眼前的反射镜,飞行员把镜片中的准星指向目标就能使空空导弹引导头对准目标

俄罗斯米格-29和苏-27的头盔瞄准器采用了相似的设计
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。

以色列的DASH头盔已经是以色列F-15/16战斗机的标准装备
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。

JHMCS头盔可以被看做是一个头戴的平显系统

JHMCS的显示组件,取代了HGU-55/P飞行头盔原来的护目镜
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。

F-16座舱盖内侧的位置发射机
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。
头盔显示器
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。
