Nawet w dzień życie spadochroniarzy wysiadających z bojowego wozu piechoty lub transportera opancerzonego zależy od jak najwcześniejszego osiągnięcia maksymalnego poziomu świadomości sytuacyjnej, nie mówiąc już o lądowaniu w nocy podczas bitwy, gdy bezpieczeństwo desantu prawie całkowicie zależy od technologii czujników
Od ponad dekady w pojazdach wojskowych montuje się systemy optoelektroniczne do monitorowania i celowania, np. noktowizory, systemy poprawiające widzenie techniczne kierowcy, a od niedawna integrują systemy wizyjne dookólne albo w nowych pojazdach. lub jako dodatkowe systemy do aktualizacji
W dzisiejszych czasach wszystko zmienia się bardzo szybko dzięki połączeniu czujników cyfrowych i zintegrowanej architektury elektronicznej, podczas gdy istnieje wyraźna tendencja do instalowania automatycznie konfigurowalnych systemów wieloczujnikowych, które mogą bezproblemowo ze sobą współpracować w celu zapewnienia znacznie lepszej świadomości sytuacyjnej (jakość złożone postrzeganie niejednorodnych informacji w jednym tomie przestrzenno-czasowym) w porównaniu z tym, co miały wcześniej ograniczone w przeglądzie załogi pojazdów opancerzonych.
Jak zauważono w firmie Finmeccanica, obecnie zwiększony poziom odpowiedzialności za sytuację oraz zdolność do identyfikowania, śledzenia i oznaczania ruchomych celów w ruchu są niezwykle ważne i determinują trendy rozwoju i ekspansji tego rynku. Systemy uzbrojenia i urządzenia obserwacyjne bezpośrednio wpływają na skuteczność wozu bojowego w wypełnianiu jego głównego zadania, dlatego coraz bardziej poszukiwane są czujniki o najwyższych parametrach.
Tymczasem postęp w mikroelektronice i optyce sprawia, że systemy noktowizyjne stają się coraz bardziej przystępne cenowo iw związku z tym coraz więcej krajów chce stworzyć przemysłową bazę do produkcji komponentów do tego typu sprzętu. Potrzeby kierowcy na systemy noktowizyjne mogą być zaspokajane głównie przez czujniki bliskiego zasięgu (zwykle niechłodzone kamery na podczerwień lub kamery telewizyjne), podczas gdy czujniki wizyjne dookólne stają się integralną częścią transporterów opancerzonych i bojowych wozów piechoty, ponieważ załoga i żołnierze trzeba mieć stały widok na wszystkie strony.
CV90 BMP, wyposażony w wiele kamer, które zapewniają obrazy 24/7, służy jako eksperymentalna platforma dla systemu rzeczywistości rozszerzonej Battle View 360 firmy BAE Systems, która pozwala uzyskać „okrągły” obraz i wyświetlić go na wyświetlaczach nahełmowych załogi i żołnierzy
Korzystając z wyświetlaczy zamontowanych na hełmie, każdy w pojeździe z systemem rzeczywistości rozszerzonej Battle View 360 otrzymuje widok z każdej strony; i nie musi być pochodną technologii światłowodowych Q-Sight i Q-Warrior firmy BAE Systems
Rozszerzona Rzeczywistość
Oprócz tych kluczowych systemów, które już się sprawdziły, połączenie czujników z zaawansowanymi wyświetlaczami i systemami zarządzania informacją pozwala załogom przenieść się do świata rozszerzonej rzeczywistości, w którym mogą znaleźć się informacje o ich jednostkach, przeciwniku, trasach, punktach orientacyjnych. być przedstawiane we właściwym czasie, przeszkody wraz z tysiącami innych wiadomości i informacji. Chociaż koncepcja ta jest dobrze znana w lotnictwie wojskowym, pojazdy naziemne mogą wkrótce prześcignąć ją w tej dziedzinie, ponieważ zmniejsza się masa, wymiary, zużycie energii i charakterystyka kosztowa czujników i systemów obliczeniowych, a czas i wysiłek poświęcany na proces certyfikacji ulega zmniejszeniu. znacznie mniej niż w lotnictwie…
Ponadto, jak zauważył Dan Lindell, szef wozów bojowych szwedzkiego oddziału Hagglunds firmy BAE Systems, technologie te zmieniają same maszyny. „Przeprojektowujemy maszyny, aby zintegrować te systemy… Po pierwsze, w ciągu ostatnich pięciu do sześciu lat podwoiliśmy moc rozprowadzaną w maszynie i widzimy, że zużycie energii stale rośnie”. Firma kontynuuje prace nad napędami elektrycznymi i hybrydowymi (silnik tradycyjny poprzez generator zasila silniki elektryczne) do swoich samochodów. Lindell twierdzi, że czynnik ludzki jest również ważny dla technologii optoelektronicznej. „Jak przedstawiamy wszystkie te dane sensoryczne i obrazy, które chcemy przekazać załodze? To dla nas bardzo duży problem.”
Obecnie opracowywany jest system, który kładzie szczególny nacisk na świadomość sytuacyjną i integrację czynnika ludzkiego. System rzeczywistości rozszerzonej BattleView 360 oparty jest na systemie mapowania cyfrowego. Ona zbiera. Śledzi i wyświetla fragment terenu, który interesuje załogę. Podczas noszenia kasku z BattleView 360 osoby siedzące w samochodzie otrzymują zewnętrzny „okrągły” obraz. Jednocześnie błyskawicznie otrzymują komunikaty o zmianach sytuacji i wyznaczeniu celu otwartego ognia. Załoga wozu bojowego może wchodzić w interakcję z BattleView 360 na dwa sposoby, za pomocą hełmu lub tabletu. BAE Systems, we współpracy ze swoją brytyjską spółką zależną, obecnie demonstruje swój system BattleView 360 zainstalowany na CV90 BMP w kilku krajach. Menedżer programu Andy Thain doskonale zna rynek obrazowania i orientacji sytuacyjnej dla pojazdów wojskowych. „Zdecydowanie obserwujemy rosnące zainteresowanie w Europie i Stanach Zjednoczonych, zwłaszcza w obszarze badawczym, systemami orientacji sytuacyjnej dla tych wozów bojowych, zwłaszcza dla transporterów opancerzonych i bojowych wozów piechoty, a w przyszłości dla innych typów pojazdów”.
Pan Thane powiedział, że firma ma szereg kontraktów związanych z różnymi projektami badawczymi w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych, w które zaangażowane są również inne firmy. „Systemy, które opracowujemy i badamy, zwiększają możliwości kierowcy, działonowego i dowódcy pojazdu i zapewniają im znacznie lepszą widoczność we wszystkich kierunkach niż w przypadku obecnych peryskopów lub bardzo wąskich okien szczelinowych, które są powszechne w pojazdach wojskowych”. Dla zwiadu z tyłu pojazdu ważne jest opanowanie sytuacji, ponieważ muszą wiedzieć, co ich czeka przed zejściem z pojazdu. – Może to być każdy spadochroniarz, ale najprawdopodobniej dowódca oddziału, za którym podążają jego podwładni.
Jeśli chodzi o geografię, „istnieje zainteresowanie i aktywność w Stanach Zjednoczonych i całej Europie”, Thane zauważył na przykład, że wszystkich siedmiu operatorów maszyn CV90 w Europie (Dania, Estonia, Finlandia, Holandia, Norwegia, Szwajcaria i Szwecja) rozważa integracja systemu Battle View 360 podczas modernizacji pojazdów. W Stanach Zjednoczonych organizacje wojskowe, w tym Command for Doctrine and Combat Training (TRADOC) i Communications Electronics Research Center (CERDEC), pracują nad cyrkularnymi systemami świadomości sytuacyjnej, podobnie jak Brytyjskie Laboratorium Nauki i Technologii Obronnych (DSTL).
Problemy z integracją
Jednym z problemów związanych z integracją takich technologii są cechy konstrukcyjne konkretnego modelu wozu bojowego, na przykład dla systemu widoku kołowego konieczne jest znalezienie miejsca na kadłubie, zasilanie prądem i transmisja danych linie. Ponadto obrazy z kamer muszą być wyświetlane, aby zapewnić jednoczesną płynną wizualizację dla wszystkich w samochodzie; wszystko to wymaga dużej mocy obliczeniowej, znajomości czynnika ludzkiego oraz doświadczenia w tworzeniu specjalistycznego oprogramowania.„Przetwarzanie samych danych nie jest wielkim problemem, problemem jest tworzenie wyświetlaczy, które są wystarczająco mocne, aby można je było używać w pojazdach wojskowych” – kontynuował Thane. „Nasze wyświetlacze były wcześniej instalowane na samolotach odrzutowych i helikopterach. Przyjęcie tej technologii i uczynienie jej wytrzymałymi i odpornymi na manipulacje jest naprawdę trudnym, ale wykonalnym, ponieważ komponenty optyczne, które posiadamy, są wystarczająco mocne i kompaktowe.”
W związku z tym warto zastanowić się nad różnymi technologiami wyświetlania hełmu, w tym falowodami optycznymi stosowanymi w systemie Q-Sight firmy BAE Systems i jego modyfikacjami, choć nie oznacza to obowiązkowej integracji technologii Q-Sight z systemem Battle View 360, ponieważ firma opracowuje inną technologię małych, wytrzymałych wyświetlaczy. Thane przypomniał sobie pikantne uwagi żołnierzy poruszających się z wyświetlaczami wewnątrz samochodu, zwłaszcza gdy uderzali o coś głową. „W każdym razie byliśmy w stanie przejść przez te warunki operacyjne”.
Oprócz protokołów konwersji powszechnie stosowanych do dostarczania danych z różnych czujników różnych producentów do tej samej sieci, istnieje problem łączenia lub wyrównania obrazów. „Oznacza to łączenie obrazów z czujników widzialnych i podczerwieni z różnymi zasadami działania, różnymi obiektywami i polami widzenia oraz zapewnienie ich wzajemnej kompatybilności” – powiedział Richard Hadfield, kierownik techniczny Battle View 360 w BAE Systems. „Przybliżamy i oddalamy w czasie rzeczywistym, aby stworzyć wirtualną kopułę, a następnie wstawić te czujniki do tej wirtualnej kopuły”. Kolejnym problemem technicznym, o którym wspomina Hadfield, jest jednoczesne śledzenie ruchu głów kilku osób, ponieważ mogą one patrzeć w różnych kierunkach. Powiedział, że firma ma na to rozwiązanie, które obejmuje urządzenie śledzące w każdym kasku i zestaw czujników śledzących rozmieszczonych we wnętrzu pojazdu.
Jak najdokładniejsza synchronizacja ze światem zewnętrznym wyświetlanych obrazów jest jednym z najważniejszych problemów ergonomicznych. „Musisz upewnić się, że ludzie korzystający z systemu nie czują się niekomfortowo z powodu opóźnień lub opóźnień” – powiedział Hadfield. „Sądzimy, że zrobiliśmy to dobrze i usunęliśmy opóźnienie, ale nie mogę powiedzieć, jak”. Istotnym problemem jest również to, jak użytkownicy wchodzą w interakcję z wyświetlaczami, które noszą na głowach, i aby go rozwiązać, BAE Systems wprowadziło element oparty na „wysoce niezawodnym” oprogramowaniu MIME (Map and Image Management Engine), które działa skutecznie w połowie lat 90. różne brytyjskie samoloty wojskowe. „Zaadaptowaliśmy to narzędzie do użytku naziemnego i zawarliśmy mnóstwo funkcji, które obsługują teren, dzięki czemu możemy na przykład planować trasy przy użyciu charakterystyki terenu, a wszystko to jest wykonalne dla każdego typu pojazdu” – dodał Hadfield.
Wysokiej jakości kamery termowizyjne Finmeccanica wykorzystują czujnik MCT o wysokiej rozdzielczości trzeciej generacji, aby zapewnić doskonałą jakość obrazu w dzień, w nocy i przy słabej widoczności. Kamery te można zintegrować z szeroką gamą systemów obrazowania pojazdów
Wyjście informacyjne
Oprogramowanie MIME wchodzi w interakcję poprzez sieć komunikacyjną pojazdu z systemem kierowania walką i/lub systemem wykrywania i pozyskiwania celów, porównując otrzymane dane i filtrując je w celu dostarczenia każdemu użytkownikowi niezbędnych i dokładnie dozowanych informacji oraz wyeliminowania nadmiernego obciążenia informacją.„Uzyskiwanie zbyt dużej ilości informacji jest prawie tak samo złe, jak dostarczanie zbyt małej ilości informacji” – powiedział Hadfield. - Czyli mamy jeszcze jedno zadanie: co powinna, a czego nie powinna widzieć konkretna osoba?
Peder Sjolund, współtwórca BattleView 360 i menedżer programu w BAE Systems Hagglunds, powiedział, że współpracowali z doświadczonymi załogami pojazdów bojowych, aby zrozumieć, jakich informacji potrzebują w każdej sytuacji i jakie powinny być ograniczenia. „Zaprosiliśmy kilku dowódców czołgów i BMP, aby rozpocząć dyskusję na temat tego, ile informacji mogą obsłużyć w różnych scenariuszach” – powiedział. - Jednym ze scenariuszy może być marsz, a drugim walka wręcz. Jeśli jesteś w marszu, to naprawdę skupiasz się na trasie, gdzie będą kolejne punkty odbioru, jak długo będziesz jechać, ile paliwa jest dostępne i jaka prędkość jest potrzebna, aby dotrzeć do punktu odbioru w danym momencie czas”- dodał Hadfield. „Ale potem, gdy zbliżasz się do celu, zaczynają pojawiać się zagrożenia, wtedy wchodzisz w różne etapy misji bojowej i oczywiście informacje, które widzisz, ulegną zmianie”.
Sjolund powiedział, że firma połączyła te napływające informacje z koncepcją wyświetlaczy nahełmowych dla załóg samolotów, co jest najlepszym sposobem na uzyskanie przydatnych informacji dla osób siedzących w samochodzie, gdy całe wnętrze nie jest wypełnione ekranami, często tam nie ma dla nich wystarczającej ilości miejsca lub dostępnej energii, lub obu jednocześnie. Moduł na każdym hełmie posiada indywidualny czujnik ruchu głowy oraz urządzenie do podłączenia do systemu sterowania mini walką opartego na oprogramowaniu MIME, co pozwala każdemu użytkownikowi wyświetlić obraz z właściwego czujnika z nałożonymi niezbędnymi informacjami taktycznymi.
Większość pojazdów opancerzonych nie zapewnia dobrego widoku, dlatego rozpowszechnione są systemy kamer wszystkich typów, z których większość obejmuje kamery noktowizyjne CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu)
Więcej czujników
Jak zauważa firma Finmeccanica, podczas gdy liczba czujników montowanych w pojazdach wojskowych stale rośnie, połączenie technologii jest dość stabilne, choć są one stale ulepszane. Typowy system celowniczy obejmuje czujnik noktowizyjny (zwykle na podczerwień), celownik dzienny (optyczny lub telewizyjny) oraz dalmierz laserowy. Aby spełnić specjalne wymagania, często integrowane są dodatkowe czujniki, takie jak oświetlacze/wskaźniki laserowe. W przypadku systemów widzenia kierowcy i świadomości sytuacyjnej wystarczające są kamery telewizyjne i termowizyjne.
Optyka typu plug and play pozostaje atrakcyjna dla pojazdów bojowych; na przykład, trend ten jest wspierany przez popularność rodziny POP (Plug-in Optronic Payload) Israel Aerospace Industries, stabilizowanych żyroskopowo dziennych i nocnych systemów celowniczych i celowniczych. Rodzina POP obejmuje sześć systemów, każdy z własną konfiguracją. Jednocześnie wszystkie mają wysoki poziom modułowości i mogą przyjmować specjalne „sekcje” z czujnikami, które są określone przez wymagania użytkownika. Sekcje te można w razie potrzeby wymienić w terenie, co w przyszłości ułatwi modernizację rodziny POP, gdy pojawią się nowe technologie transoptorów.
Niechłodzone kamery termowizyjne stają się coraz bardziej popularne w „ogólnych” zastosowaniach, takich jak poprawa jakości widzenia kierowcy, ale chłodzone kamery termowizyjne pozostają koniecznością, gdy wymagana jest wysoka jakość obrazowania. Jeśli chodzi o celowniki do broni, tradycyjne długofalowe (8-12 mikronów) urządzenia ewoluują obecnie w urządzenia wielozasięgowe, czyli poprzez dodanie czujników średniofalowych (3-5 mikronów). W niektórych ogólnych zastosowaniach niskiego poziomu, to znaczy w zadaniach, w których widoczność nie odgrywa dużej roli, czujniki działające w zakresie bliskiej (długofalowej) podczerwieni są obecnie używane wraz z niedrogimi kamerami telewizyjnymi.
Finmeccanica wierzy, że technologia wytwarzania obwodów opartych na komplementarnych strukturach metal-tlenek-półprzewodnik (CMOS) będzie stopniowo zastępować kamery CCD w zakresie widzialnym, a bardziej egzotyczne technologie, takie jak daleka (krótkofalowa) podczerwień, będą dalej rozwijane. Według firmy możliwości tego obszaru widma różnią się od średniofalowych i długofalowych zakresów podczerwieni. Może być przydatny w niektórych specjalistycznych zastosowaniach, chociaż stosunkowo wysoki koszt może obecnie ograniczać zapotrzebowanie na niego ze strony wojska. Oprócz postępów w technologiach opartych na mniej znanych długościach fal, ciągłe postępy w technologii czujników umożliwiają zarówno chłodzone, jak i niechłodzone detektory podczerwieni z mniejszymi matrycami, wyższą rozdzielczością i/lub mniejszymi przesłonami optycznymi (aperturowymi).
Typowe nowoczesne wyświetlacze samochodowe to wzmocnione ekrany ze specjalnymi funkcjami, które maksymalizują jakość monochromatycznego obrazu z kamer termowizyjnych. Najnowsze systemy to połączone w sieć wielofunkcyjne, płaskie panele LCD z oprogramowaniem, które może wyświetlać wiele obrazów jednocześnie, nakładać grafikę o wysokiej rozdzielczości i poprawiać jakość obrazu. Ich rozwój, napędzany dostępnością komercyjnej technologii paneli, zmierza w kierunku lepszej jakości obrazu (w tym wyższej rozdzielczości), większej przepustowości sieci wewnętrznej i większej mocy obliczeniowej.
Plusy i minusy
W odniesieniu do rozwoju wyświetlaczy montowanych na hełmie Finmeccanica wymieniła mocne i słabe strony istniejącej technologii. Zalety to kompaktowość, możliwość pracy z kaskiem lub bez oraz stosunkowo niskie zużycie energii. Ich wady, według firmy, to koszt, słaba ochrona przed uszkodzeniem, zmęczenie właściciela i ewentualnie ograniczenie możliwości wykonywania niektórych zadań w samochodzie, a także konieczność posiadania urządzenia zapasowego. Wniosek, że Finmeccanica wyciągnęła z analizy zalet i wad jest taka, że w niedalekiej przyszłości wyświetlacze nahełmowe nie będą powszechnie stosowane w pojazdach wojskowych. Firma jest jednak bardziej optymistycznie nastawiona do perspektyw rozszerzonej rzeczywistości (dodawanie wyimaginowanych obiektów do obrazów obiektów w świecie rzeczywistym, zwykle właściwości pomocniczo-informacyjnej), którą można uzyskać bez wyświetlaczy nahełmowych. „Rzeczywistość rozszerzona ma ogromny potencjał, ponieważ poprawia prezentację informacji załodze, co może pomóc w wykrywaniu i celowaniu”. Nic dziwnego, że prawie wszyscy ich klienci skupili się przede wszystkim na cenie i wydajności, ale Finmeccanica podkreśla, że te czynniki zależą od aplikacji. Zazwyczaj klient jest skłonny zainwestować więcej, gdy potrzebne są rozwiązania systemowe (np. kontrola przeciwpożarowa czy świadomość sytuacyjna), nie tylko dlatego, że są droższe, ale przede wszystkim dlatego, że wymagania są bardziej rygorystyczne, co uniemożliwia stosowanie tańszych oraz mniej funkcjonalny sprzęt od dostawców niższego segmentu. Przy mniej rygorystycznych wymaganiach nacisk na koszty pozwala na zaangażowanie szerszego grona konkurujących dostawców.
Opinie ekspertów
Emmanuelle Bercier, szefowa sprzedaży w firmie ULIS (oddział francuskiej firmy Sofradir zajmującej się technologią podczerwieni), która produkuje niechłodzone kamery termowizyjne, zauważyła, że wymagania wojska stają się coraz bardziej szczegółowe w zakresie pożądanej funkcjonalności. Obejmuje to ulepszone systemy wizyjne dla kierowców, zwiększoną lokalną świadomość sytuacyjną w celu ochrony pojazdów oraz integrację ze zdalnie sterowanymi stacjami uzbrojenia (RWM), na przykład w celu naprowadzania broni. „Widzimy dwa główne wyzwania” – kontynuował Bercier. - Po pierwsze poprawa osiągów w celu uzyskania większego pola widzenia, na przykład 180 stopni dla systemu wizyjnego kierowcy, czy zwiększenie zasięgu rozpoznawania lokalnego systemu świadomości sytuacyjnej i DBA… Po drugie, rozwój sprzętu z mniejsze wymiary, lżejsze, przy mniejszym zużyciu energii. Chociaż czasami mamy do czynienia z dużymi maszynami, dostępna objętość dla dowolnego sprzętu zawsze stanowi problem.”
Jeśli chodzi o potencjalnie przełomowe nowe technologie, Bercier uważa, że czujniki CMOS obejmujące widmo widzialne i bliską podczerwień są dobrymi kandydatami na przyszłe urządzenia wizyjne dla kierowców na każdą pogodę, a to samo dotyczy krótkofalowych systemów podczerwieni. „Nowe technologie będą wyzwaniem dla osiągnięcia wymaganego poziomu dojrzałości i kwalifikacji dla tego rodzaju zastosowań. Zobaczymy, co stanie się w ciągu najbliższych dziesięciu lat, ale czujniki termowizyjne są już oparte na sprawdzonych technologiach, które nadal zwiększają zarówno możliwości, jak i obniżają koszty.”
Na pytanie, gdzie z geograficznego punktu widzenia przebiega cały proces rozwoju i zaopatrzenia, Dan Lindell odpowiedział, że Zachód mówi i przeprowadza testy, podczas gdy Wschód już dostarcza gotowe produkty. „Widzimy, że wiele rzeczy, które są omawiane i pokazywane na wystawach, naprawdę integruje się w Rosji, a także w Chinach. Widzimy dość wyraźne potrzeby na tego typu systemy w Azji Południowo-Wschodniej, podczas gdy kraje zachodnie rozmawiają i próbują coś zrobić, jedni w mniejszym stopniu, inni w większym.”
