穿戴式信息感知技术军事应用与发展趋势
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【摘 要】介绍了穿戴式信息感知技术的概念，归纳了穿戴式信息感觉技术的军事应用现状，研究了发展趋势，提出了对我军发展智能穿戴装备的意见建议。
【关键词】信息感知技术;军事应用;发展趋势
中图分类号： TP391.41 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）20-0036-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.015
未来战场正在逐渐向信息化、数字化、智能化方向转变，在这种新的战争模式下，传统士兵作战单元的概念已经产生了质的飞跃，单兵作战能力的高低直接决定了战场整体战斗力的强弱。为了更好地提升单兵作战能力，智能可穿戴设备应运而生，如飞行员可视化头盔、单兵系统等，这些智能可穿戴设备可以更好地帮助单兵感知其所处的外部环境，在计算机、网络或者其他设施的辅助下更为高效地处理信息，极大地提升了单兵作战能力。
1 穿戴式信息感知技术概述
穿戴式信息感知技术是以人为平台，通过把传感单元、处理单元、显示单元、通信单元等集成一体，并具备可穿戴形态，使人与传感器融为一体，辅助穿戴者更好的感知其自身信息和外界信息的技术，是对人体自身生物感觉、知觉的增强和延伸。
根据感知方式的不同，可以把信息感知技术区分为物理感知技术和化学感知技术两大类。其中，物理感知技术主要是对力、热、光、电、声、磁等外界信息的感知，以及对人体心率、呼吸、脉搏等身体生理信息的感知，化学感知技术主要是对烟、雾、毒、酶、激素等信息的感知。从目前世界各国对穿戴式信息感知技术的应用来看，物理感知技术相对更为成熟，器件集成度更高，在穿戴式产品上结合应用较多，而化学感知技术目前相关产品体积大部分重量较大，操作使用方式多以手持和便携为主，还难以与穿戴式设备相结合。
2 军事应用现状
90年代末，美国乔治亚工程技术研究所为美军研制出一款用于士兵生理状态监视和伤情检测的“智能衬衣”，开启了穿戴式信息感知技术的军事应用。目前，随着民用市场智能手表、智能手环、智能眼镜等智能穿戴设备的普及和相关技术的日趋成熟，各军事强国争相将穿戴式信息感知技术引入军事领域，尤其是美欧等国，已有多种型号的智能穿戴装备应用部队。我国相较国外发达国家起步较晚，但是发展迅速。
2.1 物理信息感知技术应用
美英等国家在穿戴式信息感知技术应用领域布局较早，目前已装备部队的产品较多，如美军AN/PSQ-20增强型夜视镜，是美国陆军下一代头盔式夜视镜的代表，其集成于头盔之上，可感知可见光和红外光线，具备夜间热成像、智能化“集像增强”、图像数字处理和激光标识目标等功能，夜间目标识别率达到150米内80%、300米内50%的水平，可以辅助士兵在各种照明条件或具备能见度的条件下执行任务，是“光”感知的典型应用;美军特种部队装备的爆炸冲击记录仪佩戴于士兵的头部、胸部和肩部，可以感知爆炸产生的冲击波对士兵造成的影响，并以“绿、黄、红”三种颜色的指示灯对士兵进行提示，是“力”感知的先进应用;美军的Silynx c4ops通信系统不仅可以滤除噪音，还可以有选择性地对声音进行放大，例如在强噪音背景下可实现可靠通话，安静环境中对周边细微声音进行放大侦听，是“声”感知的有效应用。
对人体生理信息的感知应用主要集中在医疗、日常安全管理、军事训练和后装保障等领域，如穿戴式生理检测与医疗辅助设备，主要集成了数据计算技术、人机交互技术及功能性纺织技术等，具备心率、呼吸频率、肺活量、体表温度、血氧饱和度和血压等生理参数的监测功能。在军用领域相，美国和欧洲一些国家的军队已配发了部分具备心率、血氧饱和度和血压等生理参数监测功能的T恤衫。
2.2 化学信息感知技术应用
化学感知技术应用方面，如美军的M256A1化学战剂检测包，可检测神经毒剂、芥子气和氰化物等有毒物质，但体积重量较大，必须由专用背包携行，不具备穿戴功能;其他的化学信息感知设备，如DNA检测设备，根据有关报道，美军的两种便携式DNA检测设备一种重55公斤，一种重91公斤，都需要持续供电，从目前的重量和设备工作要求条件看，也难以与穿戴设备相结合。
2.3 综合信息感知技术应用
综合信息感知技术应用方面，以美军“奈特勇士”、英军“重拳系统”、法国“FELIN系统”、俄罗斯“步兵作战系统”等为代表的士兵系统装备，是穿戴式信息感知技术综合应用的典范，主要是把微型计算机、传感器、侦察成像设备、通信导航设备集成于单兵战斗装具，具备了信息的采集、处理和感知功能，从而提升了单兵在战场上指挥通信、导航定位、态势感知、协同行动、自身防护等综合战斗能力。特别是法国“FELIN系统”已批量装备部队并经实战检验。
国内对信息感知技术的军事应用较为普遍，且产品型号较多，如红外观测仪、光电探测器、战场目标侦测仪、单兵侦毒仪等，但没有进行集成化设计，多为手持式或背负携带式，不具备穿戴功能。近年来，国内军用智能穿戴设备发展迅速，部分产品如外骨骼机器人、头盔式夜视眼镜等已经达到国际先进水平。
3 发展趋势
随着新材料技术、微电子技术、互聯网技术等高新技术的不断发展应用，使得信息感知技术的应用有了更加良好的载体和基础，世界各国也都把智能穿戴装备作为未来的发展重点。
一是智能化。智能化是穿戴式信息感知技术应用的重要发展方向，对于单兵而言，经过智能化处理的信息更有利于提升作战效率。以美国的FAST头盔、Daqri增强现实智能头盔、F-35“雷电Ⅱ”型飞行员头盔为代表的智能头盔，在功能上集成了数据计算技术和人机交互技术，极大地提升了作战人员态势感知、数据显示和指挥通信等能力。如美军的F35飞行员头盔，该头盔系统可跟踪飞行员的头部动作，飞行员不仅能在头盔的面罩上看到其他飞机的位置、敌我属性等信息，而且可以根据信息的提示进行相应的操作，假如是敌机，飞行员就可以根据目标信息来选择武器，减少了飞行员进行思考、判断的过程;另外就是对信息的直接利用，不再需要单兵对信息进行处理，如美军的“勇士织衣”就是直接对信息利用的典型代表。其集成有用于监测的生物传感器和计算机、电池、驱动与控制装置、运动跟踪传感器等，能够实时感知单兵的身体受力情况并进行调整，使负重智能分布于全身，降低长时间负重、在崎岖地形行军时的疲劳损耗。 二是集成化。集成化是穿戴式信息感知技术应用的发展模式，是指把多种信息感知技术集成于一套系统或一型装备之上，如美军的“奈特勇士”，其通过将可穿戴的微型计算机、传感器、侦察成像装备、通信导航设备嵌入单兵战斗装具，打造出包含武器子系统、综合头盔子系统、计算机/无线电子系统、软件子系统以及防护服与单兵设备子系统等五个子系统的战斗装备系统，可综合感知无线电、光、声等信息，具备通信、夜视、测距等多种功能，并且具备信息的处理能力，从而提升了单个士兵在战场上的指挥通信、导航定位、态势感知、协同行动、自身防护等综合战斗能力。
三是轻量化。轻量化是穿戴式信息感知技术应用的实战要求。一方面，随着微电子材料、碳纤维材料、纳米材料等新材料技术的不断应用，使得感知技术应用载体的轻量化有了基础。如美军的FAST头盔，其选用了超高分子聚乙烯纤维为主要材料，重量减轻了25%。第三代F35头盔的显示系统采用了碳纤维和凯夫拉纤维，重量由原来的2.3公斤降至2.1公斤。
4 对我军装备发展的启示
适应未来战场需求，依托穿戴式信息感知技术，着眼打造具有信息采集、处理和感知于一体的智能穿戴设备，提出以下建议：
4.1 加强前沿领域探索
瞄准未来技术发展的制高点，加强前瞻性、先导性、探索性的重大技术研究，不断拓宽感知信息的类型和军事应用。在现有信息感知的基础上，重点突出人脑“意识”信息的感知研究，研制类似美军“阿凡达”项目的“思维控制机器人”，实现穿戴式信息感知技术应用新的突破。
4.2 积极推广生理信息感知技术的军事应用
依托民用市场现有成熟的穿戴式设备，进行军事化改进，重点研制可监测心率、血氧、血糖等人体重要生理特征的可穿戴式装备，用于单兵的训练辅助，或实战当中实现实时监测数据的收集回传，供指挥员或保障力量掌握單兵情况。
4.3 加大新材料技术研发力度
穿戴方便、供电充足是复杂战场环境对军用设备的基本要求，也是摆在智能可穿戴设备研发与运用面前的重点问题。重点突出三种新材料技术的研究。一是纳米材料技术，可集成于单兵的指控系统、武器系统及随身衣物当中，为单兵提供体积小、重量轻的高度智能化装备，同时，也可使单兵的隐身、防杀伤能力进一步增强。二是微电子材料技术，采用集成化设计，力求将现有军用智能手机、手持式指控终端、携行探测仪器等装备进一步缩小，并集成于智能头盔、智能手表等穿戴设备上;三是新电池技术，研发新能源电池，如氚电池、石墨烯电池等，重点解决野战条件下供电难的问题，提高智能可穿戴设备的续航能力。
4.4 普及人机交互技术和物联网技术应用
随着新型人机交互技术和物联网技术的成熟运用，军用智能可穿戴设备系统操作将更加便捷，并能使佩戴人员充分融入作战网络体系，实现人员、装备、网络的自主链接、实时交互和动态操控，提升作战体系整体效能。首先，语音图像控制、脑机接口、增强现实技术等新型人机交互技术的应用能让人与装备、网络间操作链路更加直观生动;其次，通过物联网技术可使人与装备平台、网络系统深度融合，在现有的通信联络、态势感知、传感监测、数据处理和武器操控等功能之上，进一步实现指控协同一体联动、具体需求精细感知、综合保障精确到位、整体交互动态自主等作战要求。
【参考文献】
[1]北京太阳谷咨询有限公司，国外军用智能可穿戴设备研发与应用调研报告[R].2018.
[2]温煦，袁冰，李华，周厚栋.论智能可穿戴设备在我国体力活动大数据分析中的应用[J].中国体育科技，2017（2）：80-87.
[3]吴雨曦，王朝晖.柔性导电纤维在智能可穿戴装备中的研究进展[J].纺织导报，2018，898（09）：60-65.
[4]徐学航，邹雷.可穿戴计算机的军事应用[J].科学与信息管理，2014（4）：392-397.
[5]燕莉，周晔，侯豫.美军正将穿戴式计算机引入实战[N].科技日报，2014-6-10（8）.
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