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[航电火控] 【防夹备份】浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(四)——原理篇(上)

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发表于 2021-02-09 20:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 雪夜归人 于 2021-02-09 21:58 编辑

本篇献给沉迷于山口丁的二副和有大胆想法的流光


导语:两度自由和六度自由,是较为简单的头瞄(HMS)与较为复杂的头显(HMD)之间的根本性区别


       在上一篇《浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(三)——中国篇》一文中,梳理了国产头盔显示器的的装备型号的可能性,但因为篇幅和精力原因,国产头盔显示器的定位方式的判断依据只是草草略过。写本篇的目的是为了阐述清楚个人观点的判断依据,也即:如何判定一款头盔显示器的定位方式究竟是电磁定位式还是光电定位式(本篇分为上下两篇)。


一、基本概念


       在正文开始前,先渗透第一个基本概念:无论是哪种定位方式,定位信号的传递都需要同时存在发射端(信号源)和接收端,这两者相辅相成,缺一不可。这种信息交互方式也可以当作是一种单工通信。
   


图1.1:国产头盔瞄准系统(图片来源于超大军事论坛,见底部水印)


       以上图为例,定位信号的发射端(也就是信号源)就是头盔瞄具上的三个红外LED灯,接收端是两个测角单元,发射端只管发射不管接收,接收端只管接收不管发射,就像广播信号传播一样,单向传输,发射端到接收端之间没有上行,只有下行。只有两者共同的“后台”——数据处理单元才知道信号传递是否成功。

       这里还涉及到第二个基本概念——时钟同步,也即数据处理单元的时钟信号(打个比方:就像我要去接一个朋友,根据航班时刻表,我能知道他几点到达,然后我就知道应该几点去接他)。

       同时第三个基本概念:传递的信号必须是脉冲信号,而不是无限长信号(比如:光电式定位的发射端——红外LED灯,是以一定频率闪烁,而非常亮,电磁式定位的发射端——定位场源,也是以一定频率通电,从而产生频率按周期变化的磁信号)。
   


图1.2:国内某研究所早年研究苏27头瞄系统的论文

       其实关于脉冲信号的论述在本系列第一篇《苏俄篇(上)》中,国内单位在90年代初对苏27头瞄系统的研究(图3.6论文截图中右侧文字最后一段)就已说明了(见上图),脉冲光信号的脉宽为1μs,间距3μs,也就是说苏-27的Schel-3UM系统头盔瞄具上LED灯发出的红外光信号持续只有1微秒(百万分之一秒),与下次发光的间隔是3微秒,所以小周期是4微秒,但注意上图中的文字“三个发光管依次发出脉冲光信号”,也就意味着,Schel-3UM系统的NVU-2M头盔瞄具上的三个红外LED灯不是同时闪烁,而是按预定顺序交替闪烁,即:第一个LED灯发光1微秒再间隔3微秒后,第二个LED灯发光1微秒,再间隔3微秒才是第三个LED灯发光,再间隔3微秒……以此类推。因此三个红外LED灯完成脉冲发光的一个完整周期是12微秒。

【注释】1s(秒)=1,000ms(毫秒)=1000,000μs(微秒)

       而这里又引出第四个基本概念——信号源的唯一性,也即:在信号有效范围内的每一个时刻,只能有一个信号源发射信号。哈,一山不容二虎,其实这个也好理解,就好比同一地区同一频段内存在两个广播台同时广播,结果就只能是两个广播台播出的内容都听不清,变成互相干扰,前几年新闻还报道过机场周边的黑电台干扰航空管制应急频道的事情,其实是一样的道理。
       但是这第四条基本概念对光电CCD式不完全适用,在本系列第二篇浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(二)——苏俄篇(中)一文中,关于红外标记的硬件编码内容部分的结论:由红外CCD传感器镜头周围一圈红外LED灯频闪照射到头盔\瞄具表面的红外反射标记群(可能是多个组)后,红外CCD传感器才能捕捉到红外反射标记组的图像,而每一组标记是由多个拥有唯一编码标的记组成,也就是说在红外CCD传感器所看到的每一帧画面中,看到的是多个甚至是多组标记(每组3-4个)。所以,红外CCD传感器的首要功能是图像识别,它得能识别标记里的图案,能分清哪个标记是属于哪个组,所以就算不同组的红外反光标记(或者有编码的红外LED灯)挤在一起也没关系。
      

图1.3:交通管理系统识别车牌的过程


上图取自《车牌识别技术的工作流程与原理》一文的配图,光电CCD式的图像识别过程与交通管理系统识别车牌的过程在原理上有一定相似性

       而光电扫描式(Schel-3UM或Sura系列)则不同,头盔瞄具上的三个红外LED灯没有独立编码,同时,作为接收端的测角器内部接收结构,也只是十棱镜和下方透过打孔刻度转盘收光的光敏管而已,所以就算三个红外LED都有各自的硬件编码,测角器也根本不具备分辨识别的能力,要通过脉冲计数法来进行时序判定(基本概念二、三、四)。说的再简单点就是发射端和接收端约定好时间表,来确定某一特定时间点闪烁的红外LED灯,到底是第1个还是第2个或是第3个。

       电磁定位式也是一样,座舱内如果存在多个定位定位场源的磁场同时启动,那么作为接收端的移动接收机也无从分辨,因为对于磁信号接收端来说,每个定位场源的磁场都是N-S两极,没有区别,所以也要按顺序交替启动磁场,并用脉冲计数法来进行时序判定。
      
       而第五个基本概念——空间方向,这里有两个层面,座舱的空间方位,和飞行员头部的运动方向。简单地说座舱空间方位就好比我们站在地面有东南西北四个水平方位,再加个上和下,共六个方位,如果将这几个方向量化,那就是转换成经纬度和高度,经纬度就好比座舱空间坐标系的水平坐标,高度就是垂直坐标。

       飞行员头部运动方向,基本方向就是前后左右上下,这个就关联了第六个基本概念——测量自由度,这也是最重要的一个基本概念,这个概念是实现头盔定位的基础。


图1.4:国内某研究所论文部分内容


       将该论文这部分文字单独做一下单独注解:
     
测量自由度,指的是测量参量的数量,有两自由度六自由度之分。不同的用途决定了所需的测量参量。例如对于战斗机上的头盔瞄准具(HMS,如Schel-3UM以及Sura),一般只需提供瞄准线的方位角俯仰角就足够了,而对于一些飞机上的头盔瞄准显示系统(HMD,如JHMCS1\2、DASH、HMDS、Scorpion、国产HMD1\2等),则除了要提供方位(水平左右摆)、俯仰(纵向前俯\后仰)、横滚(横向侧倾) 3 个角度(参量)外,还要提供头部的三维坐标(头部在座舱内的三维空间位置参量)。


  • 第一个自由度:水平方位角(姿态)

  • 第二个自由度:纵向俯仰角(姿态)

  • 第三个自由度:横滚侧倾角(姿态)

  • 第四个自由度:水平坐标X(位置)

  • 第五个自由度:水平坐标Z(位置)

  • 第六个自由度:垂直坐标Y(位置)


       说白了这里提到的前三个自由度:都是飞行员头部转向的姿态参量,后三个则是位置参量。而这三个头部转向的姿态参量就是指前文没说完的飞行员头部转向方向。


图1.5:空间方位与头部运动方向


所谓三个姿态参量,其实就是贯穿头部六个面的三个轴向与座舱空间基准方位(也是三个轴)之间的角度差集合。

       因为我的世界里的Steve形象的头部是个方正方正的六面体形状,以他为例容易说清楚,垂直于头部六个面(方向)的三个轴向X1、Y1、Z1可以作为头部转向的基准线,当头部水平转向时,可以看作是以上下垂直的Z1轴为中心旋转;头部前后俯仰时,可以看作时以横向贯穿的Y1轴为中心旋转;而头部的横滚(侧倾)动作就可以看作是以X1轴为中心旋转。

       在这里要注意一点:飞行员的瞄准视线 \ 视轴(LOS=Line of Sight)就是默认为飞行员面部的正前方,某种意义上可以看作是与X1轴重合(平行)的,也就是说飞行员在使用HMS\D对准目标时,要面朝目标不能斜视。这是因为现在的技术水平还未达到将视线追踪技术彻底的成熟化,倘若该技术能在军用头显上普及,那么飞行员在头部转向姿势受限时,便可以将目光斜视看向目标完成瞄准和锁定动作。所以目前军用机载HMS\D还是只能完全依赖头部转向来完成目标指示。

       再说说上面提到的两度自由和六度自由,说的简单点,这可以看作是较为简单的头盔瞄具与较为复杂的头盔显示器之间的根本性区别。个人认为,头显和头瞄之间的差别不止是显示内容的丰富与否,也不止是头显上应用的技术有多新,这两者间的差距是在定位原理上就已经决定了的。
  


图1.6:国内90年代有关研究论文内容的拼图


说的简单点,通过看上图里的小图2和小图3也能判断出此刻飞行员头部的水平转向方向了。

       上图与【图1.2】出自同一篇论文,解释了Schel-3UM \Sura头盔指示系统(头瞄)测角工作原理:其实是以HUD两侧的光学扫描测角传感器为初始基准点(A和B),虚拟了一个座舱内的平面坐标系,其中HUD左侧的测角器为A点,右侧的测角器为B点,A与B之间线段所在坐标轴为Z轴,A 、B两点引出的Y轴是各自测角器内十棱镜旋转轴心的所在轴,而A和B各自引出的X轴同时垂直于Y、Z两轴,而Z轴和X轴构成了刚才所说的平面坐标系,A和B各自计算头盔瞄具(三角形123)在该平面坐标系内的垂直投影(三角形1'2'3')与坐标轴的角度(φ1、φ2、φ3),而A和B之间距离是个定值,好了,说到这里哪怕是用中学几何知识(正余弦定理)也能算出接下来想要的参数了,无论是投影(三角形1'2'3')的内角还是边长,甚至每个投影点的水平坐标。

      同时头盔瞄具上三个红外LED灯组成三角形(123)的边长和内角是个定值,其初始位置(头部正视前方)时在水平坐标系内的投影也是个定值,那么依此计算差值,便能反向计算出头盔瞄具(三角形123)的倾斜角度,进而拆算出飞行员头部的纵向(前后)俯仰角和水平(左右)转向角。
      

图1.7:对称投影情况的解析说明


            
       但是也仅能结算出纵向(前后)俯仰角和水平(左右)转向角,因为无法计算出垂直坐标高度,前文也曾说过,Schel-3UM \Sura系统在HUD两侧的测角传感器内部结构,在旋转的十棱镜下方是一个带刻度孔的分度盘,分度盘下面就只是个光敏管。而两个测角器的十棱镜是水平对向旋转,没有垂直方向的旋转机构,仅能测量角度参量和水平坐标而无法测量垂直高度(坐标),这就是为什么上一段我说的是“座舱内的水平坐标系”而不是“座舱内的空间坐标系”的原因。

       缺少垂直高度参量除了会导致无法知道飞行员头部在座舱内的垂直坐标外,还影响了获得横滚(侧倾)参量的计算,见【图1.6】右上角的小蓝色三角形,该三角形是上方黑色三角形1-2-3在水平面的空间镜像对称图形,模拟的是飞行员头部反方向横滚(侧倾)的情况,由于【图1.6】这里很难看清,在【图1.7】中重现了这种情况:如果飞行员头部没有横向侧倾(前后俯仰不影响),那么三角形1-2-3的长边1-2就会平行于投影三角形的长边1'-2',或者也可以说1到1'之间的距离等于3到3'之间的距离;但若头部向右横滚(侧倾)一定角度后,也就是红色三角形1-2-3的状态,又向左侧横滚(侧倾)同样角度时(蓝色三角形123),会得到一样的投影三角形1'-2'-3'。也就是说测角器可以知道飞行员头部有横滚(侧倾)的动作,却无法判断横滚侧倾的朝向是向左还是向右。

        因此结论是:Schel-3UM \Sura系统只能测得六个自由度中的4个,但缺少了垂直坐标参量,水平坐标(X、Y)这两个自由度就失去了意义(仅能协助计算投影角度),而此时能不能测到横滚(侧倾)这个自由度对水平转向角和纵向俯仰角这两个自由度没有影响(见【图1.5】,视轴与X1轴重合,仅做指向功能水平转向与纵向俯仰两个参量便已足够),因此Schel-3UM \Sura系统最终能为火控系统提供的参数也只有飞行员头部水平转向角和纵向俯仰角。

       到这里,两度自由的典型头盔瞄具,Schel-3UM与Sura系统已基本解析完成。好了,现在我们知道两度自由与六度自由差别很大,但还是要问,没有六度自由(只有两度自由)又会怎样?或者说,六度自由存在的意义何在?
     


图1.8:D-JHMCS \ JHMCS-II自带录像设备所记录下的训练影像,该摄影机能同步飞行员眼前的符号显示,因此该画面其实与飞行员眼中看到的是一样的。


      头盔显示器与HUD相比,两者共同点都是为飞行员的眼睛服务,都是用来显示飞机姿态、航向、武器瞄准、目标方位提示 等功能。但不同的地方在于,HUD是固定在座舱内,相对机身静止,而头盔显示器是固定在头盔上,相对飞行员头部静止。

      说的浅一点,它们的参考基准不一样。说的深一点,HUD显示的信息体现的是:飞机——目标\环境之间的相对位置(还有姿态、距离等)的参量变化。而头盔显示器显示现实的信息所体现的是:飞行员头部——目标\环境之间的相对位置(姿态、距离)的参量变化。

       这其中的关键问题是机载系统无法直接去计算飞行员头部与目标\环境之间的参量,因为飞行员头盔上的传感器无法透过座舱盖直接测量目标位置,所以飞行员头部在座舱内的运动状态需要单独计算,因此实际的完整链条是:飞行员头部——飞机平台——目标\环境,而这个链条上缺失的一环:“飞机平台——飞行员头部”部分,需要通过获取头部六度自由参量来补齐。
     


图1.9:D-JHMCS\JHMCS-II头显记录视频画面中,视野内的符号注解



       上面【图1.8】和【图1.9】所显示的符号可以分为两类:动态符号(用黄色注释、标记)和静态符号(用红色注释、标记)。

       所谓静态符号的意思是在视野内显示的位置相对固定,不以视野中目标的位置改变而改变显示位置,比如上两图中做了红色标记(还有红框内)的就属于静态符号,它们显示时无论字符本身是否变化(数字的变化),但位置总是固定。

        而动态符号恰相反,为了与目\环境相贴合,必然不能在视野中保持位置固定,比如上两图中的目标跟踪标记、目标提示线(从瞄准十字引出的虚线,可长可短可旋转)的显示位置会根据目标实际位置而变化。

       图中间的蓝线是我虚拟的一条显示地平线(Horizon Line),假设JHMCS系列能显示这个符号的话,那这个符号也属于动态符号而且,这个符号完全依赖于六度自由中的横滚(侧倾)测量精度,另外假设能显示俯仰梯度的话,也是如此。

       顺便一提,上图的目标提示线(虚线)与所追踪的目标(蓝圈)之间存在一定的夹角,这是头显系统延迟的直观体现。



图1.10:模拟的以色列头盔显示器显示界面


       以色列埃尔比格公司(Elbit Systems)的Targo系列头盔显示器模拟的显示画面,这里是模拟的直升机型号配套头显,图中最大的亮点是视景增强功能:在即将降落的大楼外表面轮廓上显示增强描边的标线,甚至还在楼顶中间场地规划出了一个降落场地。当然要实现这个功能的前提还得是依靠机载外置传感器的探测结果。  

      所以,如果无法获得完整的六度自由参量,那么头盔显示器上显示的动态符号、图形、甚至图像,就会发生错位的情况,就像上图中头显所显示的图像如果错位,就会让飞行员产生错误判断,进而导致飞机坠毁。
     


图1.11:米格29的Schel-3UM头瞄系统




图1.12:舒拉系列(Sura)头瞄系统的宣传说明


       相比之下,头盔瞄具(HMS)的典型范例Schel-3UM只能显示一个十字形的瞄准标记,而其替代型号Sura系列的最大改进之处,也只是在瞄准十字和瞄准环的基础上增加了显示目标距离、高度、速度等数字符号而已。

       以个人角度看,头盔瞄具(HMS)与头盔显示器(HMD)显著区别是显示内容的差异(静态符号vs复杂的动态符号\图像),但深层原因还是取决于能否在定位测量上获取完整的六度自由参量。因此想要让HMS像HMD那样显示复杂的符号甚至图形,仅仅增大目镜尺寸是不够的。


二、电磁定位式


       其实电磁定位式其实就是典型的六度自由,以美国镜泰公司原来的子公司(Gentex Visionix)的Scorpion(天蝎座 \ 蝎子)头盔提示系统为例(是的,你没看错,这里说的是美国镜泰而不是泰雷兹,Scorpion原本是美国Gentex公司的产品,2013年2月该公司完成了将子公司Visionix连同所属业务整体出售的操作,由法国Thales在美国马里兰州的子公司接手,更名为Thales Visionix)。
      


图2.1:天蝎座\蝎子(Scorpion)头盔提示系统宣传图册在公司变更前(左)与变更后(右)的内容对比,变化不大


天蝎座\蝎子(Scorpion)一开始研发时的项目名称叫HMCS(Helmet Mounted Cueing System),意为:头盔提示系统,与JHMCS只差了一个单词 “Joint”。

      


图2.2:天蝎头盔提示系统的全套硬件组成


上图出自Gentex公司时期的HMCS系统的宣传文件,汉字注释为个人翻译

      


图2.3:A-10C座舱中的美军飞行员头戴Scorpion头盔显示器


上图原注释信息:

2018年12月7日,佛罗里达州麦克迪尔空军基地,

印第安纳州韦恩堡第122战斗机联队

第163战斗机中队的一名飞行员准备驾驶A-10C 雷电 II。

       为方便理解,上图中我插入了国内有关单位的研究论文。论文中提到的发射器(定位场源)、接收器(移动接收机),在背景图的座舱中皆能对应。注意论文中划红线的几个要点:

      ①无论发射器还是接收器,内部都有3个相互正交的线圈,这里的“互相正交”用几何向量中的概念理解就是三个轴向的矢量互相垂直(如前文图1.5和图1.6的分析一样);

      ②发射器内3个相互正交的线圈分时通电,从而在空间顺序产生3个瞬间磁场,就如同前文分析的Schel-3UM \Sura一样的情况(按预定顺序交替产生信号),这两句的要点有两个,第一个“分时通电”,也就三个轴向的线圈是按预定顺序交替、有间隔的通电(印证了前文渗透的基本概念1、2、3、4),第二个就是“空间顺序的瞬间磁场”,通电的时候,由于是直流电通电的方向是固定的,所以发射端的电信号体现的是时间间隔特性,是个变量,而电信号转换的磁信号,则体现的是空间方向性(垂直轴向、纵轴向、横轴向),是个定量。

      ③三自由度位置与三自由度姿态,上面的章节自由度介绍部分已经说过,在这里重提是为了说明,电磁定位方法天生就是六度自由。

下面有几张论文截图取自国外的研究论文,感谢老哥@探索月球 的分享



图2.4:国外研究论文中对头盔显示系统电磁定位原理的描述


图底注释:在笛卡尔坐标系中移动接收器相对于源的线性位置和方向。
(别被笛卡尔这个名字吓着了,其实说的就是空间垂直坐标系)

       定位场源(发射端)按一定频率通电后,在产生的磁场有效范围内,飞行员做头部转向动作时,头盔上的接收器(移动接收机)里面的三个相互正交的线圈就相当于在磁场中做切割磁感线运动,进而在线圈内产生电流(法拉第电磁感应定律、右手定则)。
      


图2.5:改自图2.4,模拟空间磁场的几何模型


       举例说明:假设某时间电座舱内的定位场源(发射端)内部通电的是横轴向的线圈,那么其产生的磁场极向(N-S)也是横向,而飞行员头部水平向前运动了一段距离,此时接收器内的三个相互正交的线圈(假设是直导线)能产生电流的是垂直轴向(Z')、横轴向(Y')的两个线圈,而纵轴向(X')的线圈由于运动方向与导线方向平行不会产生电流(不垂直无法切割磁感线也就无法产生感应电动势)。而飞行员头部运动方向相反时(水平向后),接收器(移动接收机)内的线圈们产生的电流方向也是相反方向(与前面说的发射端里的线圈不同,基于时钟同步原则,在接收器端,时间是个定量,再根据右手定则,产生的电流方向取决于切割磁感线的运动方向)。
      


图2.6:米军A-10C攻击机座舱内的定位场源和Scorpion(蝎子)头显的示意图


      
       所以根据上面这个举例中的模拟可以看出:电磁定位式头显定位的计算原理是根据接收端(移动接收机)内三个相互正交线圈中产生感应电动势的强弱来计算距离,同时根据哪些线圈产生电流、哪个不产生电流、以及产生电流的方向来判断运动方向和精确位置

      而图2.3中论文所提到的滞后时间16.6ms(毫秒),其实就是该系统的固有延迟,但是对于60Hz如何理解,个人还有所疑问。



图2.7:国外研究论文中对头盔显示系统电磁定位原理的描述


图底注释:脉冲磁定位系统励磁电流无量纲图


       如上图,纵坐标的X、Y、Z分别表示发射器(定位场源)内轴向互相垂直的三个线圈,其通电时产生的磁场极向组成的空间直角坐标系(如图2.4所示的红色直箭头),而图2.7横坐标表示的是时间,在这里可以直观地看到直流法电脉冲通电的特点:在同一时间段内,只能有一个线圈通电进而产生磁场(对应前文基本概念四)。有意思的是,在3个线圈按顺序各完成一次通电后,后面会有一段空的间隔(t3与t4之间),也就意味着发射端的一个完整通电周期=3个线圈各通一次电+一次时间间隔,可以简化为3+1。

      关于这个间隔的作用,论文中的解释是为了剔除外部干扰(地球磁场)。个人理解其原理还是基于时钟同步原则(前面提到的基本概念二),在这个暂停通电的时间段内(t3-t4),头盔上的接收器内的线圈所产生的电流就是其切割外部环境(地球磁场)磁感线造成的,那么系统就可以直接将其产生的信号过滤掉,同时,通过将该信号(电流强度和电流方向)量化,还能对该完整周期内前三个通电的时间段所得信号的量化数据进行删减(在定位场源磁场和环境磁场共同作用下,获得的信号值必然会大于实际值),所以,这是个纠错功能。

       论文中对暂停间隔(pause)作用的描述如下:

The pause (t 3 – t 4 ) is designed to take into account the Earth’s magnetic field (EMF), whose influence is subtracted from each of the measured signals, obtained from the windings.

       翻译:暂停(t3–t4)的设计考虑了地球磁场(EMF)的影响,从线圈中获得的每个测量信号中去除其干扰。

       所以,回到前面图2.6下面的个人疑问:60Hz是指一秒钟内60个完整周期(3+1)?还是说每一次通电就算一个、连同那个暂停间隔?本人现在理解是60Hz=60个3+1,也就是在1秒钟内3个线圈每一个都通过60次电,外加60个暂停间隔。否则产生的延迟就不止16.6毫秒了。
1s=1000ms

1000÷60=16.6ms

而完整的6个自由度要完成一个3+1后才能测算完毕,这才是16.6ms固有延迟的由来。



       在这里再插一个问题,定位场源内的通电线圈少点行不行?多一些呢?

       其实通过上面的说明其实就能得出结论,直流电法的三个通电线圈互相垂直,对应的是空间方向的三个基本轴向(六个基本方向),不能再少了。在增加几个不同方向的通电线圈呢,可以是可以,但是根据图2.7会发现,基于按顺序交替通电的基本原理,增加通电线圈数量只会增加固有延迟,而且移动接收机处在任意方向都可以基于矢量分解原理归到三个基本轴向里。



图2.8:国外研究论文中对头盔显示系统电磁定位原理的描述


图底注释:正弦磁定位系统绕组励磁电流无量纲


        除了直流电模式,这篇国外论文还提到了交流电模式,与前面举例的直流电模式的电磁定位不同的是,采用交流电的定位场源内的3个线圈是同时通电的,只不过每个线圈使用的交流电频率有差异(见上图波峰\波谷的间距不等),因此这一点与前文第四个基本概念(信号源唯一性)并不矛盾。

       不过,论文中还提到:由于涡流(涡旋电流)的影响,交流电模式的电磁定位系统不能用于直升机座舱。

       关于电磁定位法的优点,在前面引用的国外研究论文的结论是:电磁定位式在定位精度方面优于光学式(光电扫描式和光电CCD式)。同时在座舱布置方面,电磁定位式则体现出独有的优越性:安装方便,位置比较随意。说白了安装位置不影响定位精度和反应速度。

       而且发射端(定位场源)和接收器(移动接收机)之间也不用担心遮挡问题,所以就算头盔上的接收器被罩起来也没关系,我们现在能看到的电磁式定位的头显系统,除了Scorpion偶尔会露出头盔上的接收器外,其他同类型头显系统都看不到。无论是定位场源还是移动接收器都可以隐藏起来,比如,F-35战斗机上的定位场源我就一直没有100%的把握确定位置。
        


图2.9:F-35战斗机座舱可能的定位场源位置推测,弹射椅型号为马丁贝克MK16-US16E,是为F-35专门定制的型号


原图信息:WhiteHelmet UK pilot 120221-O-GR159-003

Sqd Ldr Jim "Skosh" Schofield pilot hero photo.

拍摄于2012年1月25日下午4:50

版权归属Lockheed Martin(洛克希德-马丁公司)

原图作者Andy Wolfe


      根据螺钉预留槽推测,这个物件与弹射椅(马丁贝克MK16-US16E)原本并非一体,而物体表面上印着的文字 “NO HOLD” 说明这个物件也比较脆弱,且而这个位置距离飞行员头部很近,位置非常理想,但因为没有资料佐证本人的推测,所以个人对这个位置是定位磁场源的可能性有99%的把握。

       虽然前面说电磁式定位的定位场源安装位置比较随意,但并不意味着绝对自由,定位场源在工作时本身就相当于一个永磁体,其对座舱内电子设备或多或少会存在一定的干扰和影响,所以安装位置自由的前提,是遵循“靠近头部,但尽量远离座舱内电子设备”的原则。毕竟,哪怕是座舱内液晶显示器,也是要考虑电磁兼容设计的。

(未完待续)


参考文献:
王永生:《机载头盔瞄准显示系统动态性能研究》
张征宇:《苏-27飞机头盔目标示器定位原理及其实现方法》
Michail Zhelamskij:《The Magnetic Tracker with Improved Properties for the Helmet-Mounted Cueing System》

免责声明:本文所引用的论文和其他文献资料,均从公开渠道获得。

原文发表于微博浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(四)——原理篇(上)

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CDer:001176560
发表于 2021-02-18 11:05 | 显示全部楼层
头显在眼前那么多数据不会眼晕么...
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CDer:001121300
发表于 2021-02-20 12:13 超大游击队员 | 显示全部楼层

RE: бHMS/D()

zhch5658529  2021-02-18 11:05
...

????????????????????
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CDer:000166701
发表于 2021-03-03 15:29 | 显示全部楼层

RE: 【防夹备份】浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(四)——原理篇(上)

zhch5658529 发表于 2021-02-18 11:05
头显在眼前那么多数据不会眼晕么...

头显会将焦点调整到无限远,所以并不会增加眼睛的负担。
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CDer:000166701
发表于 2021-03-03 15:34 | 显示全部楼层
从LZ的描述来看,电磁式定位精度虽高,但定位速度却慢,否则完全可以通过提高刷新率的办法将固有延迟降低到基本感觉不到的程度,比如120Hz/8.33ms、240Hz/4.17ms;光学定位的优缺点和电磁式的恰好相反。
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CDer:001170635
 楼主| 发表于 2021-03-03 20:19 | 显示全部楼层

RE: 【防夹备份】浅谈头盔显示器:战斗机HMS/D系统的发展与比较(四)——原理篇(上)

shutgun 发表于 2021-03-03 15:34
从LZ的描述来看,电磁式定位精度虽高,但定位速度却慢,否则完全可以通过提高刷新率的办法将固有延迟降低到 ...

延迟和优缺点比较是下一篇的内容,会有对比,事实上电磁定位的相比光电CCD式更容易做到低延迟
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