随着科学技术的发展，穿戴式设备、感知计算等技术发 展日益白热化，人类和机器之间不断相互作用、发展演进，技 术和机器对人类的价值日益凸显：从跑步健身手环到健康监 测设备；从智能手机到智能手表；从谷歌眼镜到 ＶＲ虚拟眼 镜，可穿戴式设备产品已改变生活方式，并影响到诸多行业。在智能化弹药领域，尽管各种高技术武器平台和先进的 技术军种装备迅猛发展，无人平台也有逐渐取代有人操纵武 器平台的趋势，但是我们也不可否认，在地面战争、反恐城市 战争中士兵仍然扮演重要角色。现阶段很多国家都极为重 视单兵装备的高度集成技术研究。将穿戴式设备的研发应 用到单兵武器装备方向，进行人机结合设计，必将与现代战 争的未来发展契机相融合。 现阶段各国已经开展了相关产品的研究：英国防务科技实验所于 ２０１６年 ９月展示了一个整合多项传感器的可穿戴系统，帮助士兵在状况复杂的城区冲突地 带更快速、清晰地掌握战场整体环境。系统预计 ２０２０年后 可装备军队。这套系统包括激光、视觉导航等传感器以及小 型高清摄像头，各子系统能轻松装配在士兵的头盔、手臂以 及枪械上，从而为他们提供战场导航并自动侦测外部威胁。系统还能让士兵随时分享战场信息，大大提高战场感知能力。ＭＢＤＡ欧洲防务公司，提出了新概念武器—单兵低附带 毁伤导弹，该种导弹采用火箭发动机推进，ＧＮＳＳ制导，并携带多用途战斗部。该导弹操控系统采用可穿戴技术，设计轻 巧方便。
图 １ 可穿戴装备概念图 美军的理想单兵武器 ＯＩＣＷ 系统设计始于 １９９４年，采 用大量的电子元件，配置了全解算火控系统，穿戴式装备包 括激光测距仪、弹道计算机、摄像机、直瞄式光学瞄具、环境 传感器、电子罗盘、目标跟踪装置、热成像组件和可选择性激 光指示器。穿戴式装备系统作为未来战士设计的一部分，近年来， 多个国家相继在研发其相关技术，但由于成本和实用性的问 题，目前这类整合系统很少真正全面装备部队。从上述系统的研发状态看，各国在单兵装备的总目标是 一致的，即：负载重量轻、视距更远、防护更好、反应更快、环 境适应能力和作战能力更强等；这与 ２０２０年以后未来陆军 发展的主战装备之一理想单兵武器（ＯＩＣＷ）的发展方向一 致，并体现其网络化、信息化和智能化的特点。我国在单兵智能可穿戴式装备研究尚处于起步阶段，如 何将穿戴式装备与武器系统人机融合，以此提升士兵在战场 中信息的获取能力，提高人在回路里装备跟踪效率和命中精 度，是一个有难度但是具有重大意义的设计工作。
目前，根据国际形势变化和武器装备发展趋势，按照我 军武器装备现代化建设的新要求，需要不断更新换代、体系 化、信息化、自动化程度大大提高。单兵侦察和战斗武器系 统需要进行多样化系列化改进，在智能化弹药的单兵装备 中，将单兵作战单元与武器系统结合，必然会提升装备能力。在单兵智能装备中人在控制回路，作战人员工作主 要有：１）完成武器系统转移、携行、发射准备；２）操控飞行弹药飞行航迹和精准瞄准目标，例如适合 单兵装置的武器有低附带损伤导弹、图像制导反坦克导弹、 单兵巡飞侦察导弹等等。作战人员头手眼配合协调将对武 器系统的成功应用起到决定性作用；３）实时处理作战单元在信息化战场的态势信息，包括 接收上级命令和目标信息、战斗单元间信息交互、火力分配、 阵地配置和战斗效果上报等，支持北斗定位、超短波近距通 讯和无线自组网；因此如何满足理想单兵武器系统要求重量轻，士兵携行 方便、信息融合实时有效以及精确打击是人在回路的单兵智 能化弹药研发的技术重点。解决上述问题，穿戴式人机融合 智能跟踪技术无疑将是未来单兵装备的一个新发展方向。开展该项技术的研究会使单兵武器装备信息化、一体化和自 动化程度大大提高，对优化单兵武器性能将起到非常重要的 作用。 单兵穿戴式装备需要在重量、电源、传感器、人机信息融 合等几个技术方面进行研究和突破，技术突破后可穿戴技术的应用将从顶层设计层面解决单兵装备系统与智能武器设 计融合，可完善目标随动跟踪等技术问题，通过人体生物特 点和规律弥补各种智能化弹药产品在重量、跟踪精度等方面 的不足，可穿戴装备与智能化单兵武器进行一体化系统设 计，从各个技术环节进行突破。举例说明：现阶段人在回路的反坦克导弹系统由射手搜 索和跟踪目标。搜索目标时，射手操纵单杆，通过瞄准镜或 热瞄具搜索目标。发现目标后，将单杆置于跟踪状态，操纵单杆，对目标进行精确跟踪，使瞄准镜的十字线压在目标上，形成引导导弹飞向目标的导引基准，直至导弹命中目标。如果采用具有人机融合智能随动跟踪技术的穿戴式产品装备 武器系统，可取代或完善单杆操作，将能够使瞄准和搜索目标精度大大提高。 设计目标 ：针对智能化弹药的单兵装备，设计人在控制回路过程中，采用穿戴式人机融合方式通过视觉和随身运动和位置传感器完成人机数据融合形成数据信息提供给单兵装备，以此 完成导弹飞行优化控制和目标准确定位跟踪，以此提高全系 统的自动化操控水平和武器系统的瞄准精度。
图 ２ 控制简化模型 设计用于智能化弹药的可穿戴装备，需要具备传感器采 集、数据融合处理、信息综合显示和表达等设备构成，因此作者认为可穿戴装备系统基本组成见图 ３。
图 ３ 系统设备组成图 可穿戴人机融合系统工作原理如下：射手通过头盔的综 合显示装置获知态势信息以及攻击目标信息，智能头盔的眼 动采集跟踪装置将在射手进行目标搜索操作时，通过微型摄 像机进行眼球运动位置的图像采集，与头部移动和肩部运动 位置信息进行融合处理，获得目标的运动特征，射手结合该 武器系统红外导引头传来的目标图像信息进行搜索跟踪，当 射手确定目标后，移动身体或眼球跟踪目标后，系统可获取 信息，处理成目标信息给弹上火控系统判断决策，射手发射 导弹后，通过臂挂信息与控制显示器根据无线或有线链路传 输的弹上信息可以获取导弹状态信息或图像信息，根据实际 情况进行操作控制。
技术方向 ：根据设计目标，该系统的设计将从以下几个方面开展：人机融合跟踪技术应用： 射手操控单兵导弹武器系统需要头手眼和姿态配合，完成电视／红外目标图像的搜索与跟踪，直至导弹顺利击中目 标。因此导弹武器系统的射手在其瞄准目标过程中，需要研究以下内容：１）单兵导弹武器系统的瞄准精度与射手生理特性关系，主要研究眼球跟踪运动参数，将视线跟踪技术应用到该 系统中；２）身体支持软发射过程中，各受力部位产生的摇摆和晃动给导弹系统初始弹道带来的影响，包括对目标的跟踪过程的影响；３）外部环境变化（气压、气温、风速）对射手生理条件的影响是否会对导弹发射和目标搜索产生相应的影响。通过对上述关系的研究，得到的研究结论，对人机信息融合处理将起到关键性的作用。单兵智能综合头盔系统： 导弹部队的单兵头盔的作用应不再仅是防护头部功能， 而会将多种智能化综合技术应用其中，辅助士兵更好的执行 各项任务。头盔上安装的设备，包括综合显示系统、眼动采集跟踪装置、无线电通信定位装置以及加速度和陀螺仪传感器，通过这些设备射手可以知悉上级任务；导弹武器系统可获取眼线跟踪参数，从而提高瞄准的精度；单兵位置信息上报给信息化指挥官，可以进行优化指挥决策。随着微电子技术的发展，能够融合各种装置及传感器的轻型智能头盔系统必将会未来不久的时候产生。 辅助配套相关产品设计： 有资料显示美军的作战军服已配备了多种传感器材，摩 托罗拉公司为美国士兵提供了一种微型电脑，在军服的皮带 上安装小型鼠标，使计算机和通信等技术将成为士兵佩戴在 腰背、肩和头部的普通武器装备，这些装备使士兵与上级指 挥和通信系统直接联系起来。在可穿戴式智能人机融合系 统中，电子装备将直接缝制或编制到织物里，例如：军服内设 备的连接线缆和电源，以及保证武器系统发射环境的测量传 感器件，包括温度传感器、风速传感器、姿态传感器、身体位 置传感器。外部环境传感器和身体位置传感器可以提供 给人机融合微处理计算机，提供火控计算机判断发射条件情 况，并作为智能化弹药的初始数据信息，根据身体位置姿态 （卧姿、跪姿、站姿）进行识别，由人机融合微处理计算机结合 进行相应的计算处理，获得最好的发射绩效；单兵武器系统电池通常是设计者考虑的重要装备，除了 电池待机时间长，重量轻体积小意外会遇到野外实战中，作 战距离远时间长引发的电源能力不足。如何解决此问题项 目研究范围还将考虑军服织物内设计感应充电板，设计在装 甲运兵车内设置无线充电电源，在运兵途中进行电量补充。此外太阳能和生物运动能转换电能装备都可考虑到系统 中来。 穿戴式人机融合系统与单兵智能化武器结合需要解决以下关键技术及解决途径：１）数据提取问题：提取与智能化弹药控制流程相关的 人体生物信息，包括视线跟踪数据、运动位置信息、环境状态信息。通过数据提取，进行归类整理，找出微小差异与提取和分析带来巨大偏差的原因；２）数据解析问题：不同的制导系统对数据的需求采样不同，人在回路中参与的程度不同，需要使用数据驱动进行 数据模型的完善，正确解析射手的生理数据参与智能化弹药控制回路，以及正确解析智能化弹药状态数据简单直接到射 手的感官将是一件相对困难的工作，可通过大量数据的采集，获得生理数据与操控武器系统的关联特征，寻找数据解 析的方法；３）全系统设计精度和自由度问题。以硬件装备为设计基础软件处理为核心的人机融合跟踪技术，在设计精度上可以达到一个量化指标，但是对射手的操作是否会带来限制，超限制情况下对武器系统的影响范围需要进一步确定，通过与实际产品试用和测试，考虑得到系统精度和自由度，经过多轮设计验证，完成全系统的精度和自由度保证；４）可穿戴式装备结合单兵智能化弹药一体化设计，需要结合单兵智能化弹药作战需求进行分析。设备除了具有可穿戴功能，还有智能化、信息化，高度集成等特征。项目的研究将采用人因工程的方法和测试进行评价，对设计和研究过程将是一个重要的挑战。单兵武器装备在实际作战使用过程中，可穿戴设备要求在方便、简单使用条件下提高其智能化、信息化程度使其在 战场上具有互通性，并且能够提高武器系统精确打击能力。开展上述技术的研究将需要依托于某型单兵武器系统进行 改进，通过样机的实现并与原武器装备进行对接，试验验证 可穿戴式设备研究的必要性。
可穿戴式人机融合系统的研发涉及多个专业领域，根据 文中论述，与单兵智能武器系统相结合是现代单兵武器系统 发展的必然趋势。虽然国内相关科研院所已有相关基础技 术的研究和试验结论，但是真正形成与武器系统配套的可穿 戴式人机融合系统实体在装备科研方面仍是空白地带，需要进行大量的基础研发和科学测试。作者借此文进行抛砖引玉，希望能够得到相应支持，将此研发继续下去，直至形成产 品，打造具有我军特点的未来战士装备。作者简介：王爽英，硕士，高级工程师，主要从事武器装备操控系统研究。
