Мислим да је тема значајна и заслужује место на форуму. Намењена је опису и развоју ваздухопловних HMD програма.
Углавном су HMD програми војно-оријентисани, али примена ове технологије је такође веома присутна и код великог броја комерцијалних система. Већина војних програма развијана је за ваздухопловне платформе, али новији програми HMD се развијају све више за употребу на другим борбеним системима. Такође, са повећањем потреба за обуком, симулације са HMD програмима су све чешће присутне и у другим сферама.
HMD (скраћеница од Helmet Mounted Display) је уређај-приказивач, на кациги летача, који пројектује (симболошки и/или алфанумерички обликоване) информације на приказивачки медијум (комбинација оптике и визира). Ове информације се најчешће приказују у комбинацији са сигналом од одређених сензора, као што су камере, FLIR или извора који дају синтетички створен видео сигнал. Пројекција се врши на једно или оба ока летача.
Поред Helmet Mounted Display-а, постоји и група уређаја под називом Head-Mounted Display, а заједно обухватају групу уређаја који раде на истом или сличном принципу, а постављају се на главу (кацигу). То су уређаји који су намењени за личну употребу, а служе за преглед информација на специфичан начин. У чему се огледа специфичност? Користе се као извор информација који не изискује употребу руку, а информације „стижу“ као реакција на покрете тела и главе. Уређај репродукује „слику“ – виртуелну реалност која ствара виртуелно окружење. То виртуелно окружење постаје ресурс који се може искористити у разним делатностима као вештачки остварена предност.
На ваздухопловима опремљеним HMD, као и „High Off-Boresight (HOBS)“ наоружањем омогућава се захват циљева са минималним маневрисањем ваздухоплова, минимизира се време проведено у окружењу опасности, омогућава већа ефикасност платформе, већа могућност преживљавања и боља ситуациона перцепција окружења од стране пилота. Ово се постиже тако што се усмеравањем главе пилота према циљу наводи и осетљиви сензор главе за навођење ракете иако се не поклапа са уздужном осом авиона. Тиме се омогућава одређивање циља, захват и припрема за покушај његовог уништења (уз употребу система HOTAS) иако се циљ није „довео“ маневром авиона унутар видног поља нишанског система и линије наоружања.
Са појавом ракета четврте генерације које су у стању да истрпе огромна G-оптерећења у маневрима, постало је јасно да „стари“ начин захвата циља и довођења главе за вођење ракете у услове за лансирање више није адекватан и да је превазиђен. Превазиђен је из разлога што се угловна разлика између осе авиона (наоружања) и циља се практично „губи“ могућностима ракете да поднесе велике вредности преоптерећења у савлађивању те угловне разлике (по азимуту и елевацији). Тиме се ракета усмерава ка циљу дајући пилоту краће време реакције и лишава га непотребног излагања великим преоптерећењима у ваздушној борби. По причи пилота који су били у прилици да користе ове системе (HMD) скоро је немогуће победити у ваздушној борби уколико се супротавите противнику који је опремљен HMD, а сами нисте опремљени истим системом. Ово су потврдиле и студије под називом „Vista Sabre“.
Да би могла да се искористи предност HMD као дела авионике, систем мора бити део визуелно упареног система (Visually Coupled System - VCS) који обухвата (упарује-спреже) HMD, затим, уређај за позиционирање главе пилота и графички енџин или видео извор. Како пилот окреће главу, уређај за позиционирање главе (tracker) преноси податке о оријентацији главе на рачунар (mission computer), који у складу са тим ажурира приказанe информације на визиру. Овако се даје пилоту маса података у реалном времену и побољшава се његова перцепција окружења.
Приказ на HMD врши се употребом катодних цеви - Cathode Ray Tube (CRT)које су уграђене у кацигу и одговарајуће оптике која је намењена да се фокусира слика од CRT на визиру пилота. Фокусирање симбологије „у бесконачност“ се изводи одговарајућим обликом визира (тј. кривине) и путем комплексне оптике (сочива, рефлексне површине).
Најпроблематичније питање HMD је маса. Технологија изискује уградњу различитих сензора у кацигу, а то повећава масу кациге, што свеукупно лоше утиче на примену при великим g оптерећењима. Из датог разлога HMD је се брже развијао у циљу примене на хеликоптерима, него на авионима. Други велики проблем је што корисник мора да се прилагоди HMD-у. У природи човек прати покретни објекат тако што окреће главу за њим, али и покреће очи за њим додатно. При коришћењу HMD корисник мора да „научи“ да при праћењу циља држи очи поравнате са правцем главе, јер ако глава не прати циљ, већ очи, онда долази до „размимоилажења“ очију и симбологије циља. Пошто је положај кациге оно што наводи пројектил, пилоти морају да развију ову нову вештину, а због масе уређаја и да ојачају вратну мускулатуру.
Обично на помен HMD-а прва помисао код већине људи је да се ради о визуелном систему са опто-електронским склоповима. Важно је разумети да се параметри који покривају овај сегмент односе на квалитет слике. Савремени HMD системи су употпуњени и значајном количином аудио информација.
Путем CRT може се представити симбологија која не подразумева само круг или кончаницу нишана. Симбологија обухвата разне податке, као што су: подаци о циљу и навођењу главе ракете, статусни подаци ракета, преоптерећење, курс, брзина, висина, Махов број, нападни угао и линија хоризонта. Напреднији HMD пројектују растерски приказ пилоту који се „преклапа“ са пројекцијом симбологије, а може бити видео, FLIR или NVG.Системи HMD обезбеђују пилоту:
- Помоћ у вођењу навигације,
- Бољу перцепцију окружења и ситуационе супозиције,
- Одређивање и захват циља,
- Ноћни вид,
- Синтетичко проширење визуелних могућности,
- Надзор бојишта,
- Симулацију и могућност обуке,
- Даљинско управљање разним платформама.
Да би се симбологија синхронизовала са покретима главе и положаја авиона, употребљен је сензорни систем за регистровање покрета главе у разним правцима (око све три осе). Параметри сензорног система умногоме утичу на репродукцију слике. HMD сензорски систем је намењен да што реалније препозна и пренесе информације о покретима главе пилота око све три осе у односу на кабински простор. Сензори морају да што верније пренесу информације како у нормалним условима лета, тако и у условима наглих покрета главе и услова великог преоптерећења. Тренутно су у употреби два концепта сензорског система: оптички (optical tracking)и електромагнетни (electromagnetic tracking).
Оптички метод праћења користи са једне стране инфрацрвене диоде, а са друге инфрацрвене детекторе. Интеракцијом диода и детектора врши се референтно мерење покртета главе пилота. Ограничења овог метода су у области осетљивости на сунчеву светлост или други извор топлоте. Ова технологија је примењена на МиГ-29 са Р-73.
Електромагнетни метод праћења је остварен на основу Фарадејевог закона индукције. Кретањем калемова унутар магнетног поља производи се напон на основу кретања кациге у више оса. Ова техника захтева прецизно магнетно мапирање кабинског простора и проводника у кабини. Примењенији метод на западу.
Параметри по којима се могу упоређивати HMD су следећи:
- Тачност,
- Поље које може да захвати уређај ,
- Маса и баланс кациге,
- Оптичке карактеристике,
- Издржљивост,
- Безбедност по пилота (при катапултирању),
- Флексибилност на проширење,
- Цена.
HMD системи изискују подешавања према облику и величини главе пилота и подешавања оптике и визира према физичким карактеристикама сваког пилота понаособ. Кацига се не може користити за више корисника.
Ови системи се појављују у естетски конзервативним,али и крајње естетски бизарним изведбама. Па, кренимо редом...
Scorpion Helmet Mounted Cueing System (HMCS) (Сједињене Америчке Државе)
Шкорпион је развила корпорација Gentex. Систем је намењен да се упари са подвесним контејнерима, gimbaled сензорима (кугластим оптоелектронским сензорима) или „high-off boresight“ наоружањем. Он је дизајниран за могуће повезивање са постојећим (у употреби) деловима летачке опреме и NVG у употреби (AN/ANVS-9).
На кациги Gentex HGU-55/P, оптички елемент у целости се монтира на стандардан NVG носач. У дневном режиму рада, модул ANVIS Day Visor (ADV) се монтира на носач преко свог механизма. У ноћном начину употребе, ADV се мења са NVG. Наочаре за ноћни вид се постављају испред заједничког дела оптике за оба модула. Тиме се у ноћној употреби добија „преклопљена“ слика симбологије преко NVG слике. Шкорпион користи магнетни сензорни систем положаја главе. Систем подржава монокуларни приказ на лево или десно око летача. Обезбеђује видно поље 26х19.6 степени.
Aviator’s Night Vision Imaging System (ANVIS)
Ради бољег разумевања уређаја ANVIS, рецимо нешто о NVG уређајима.
Пилот се у току дневног визуелног летења ослања на осматрање спољашњости која је добро прегледна услед утицаја дневне светлости. У току летења ноћу у недостатку добре осветљености, пилот (летач) може да унапреди осматрање спољашњости употребом NVG – Night Vision Goggles или на српском – наочара за ноћни вид. Важно је напоменути да наочаре за ноћни вид дају могућност осматрања у повољним метеоролошким условима.
Шта су уствари NVG?
Наочаре за ноћни вид су уређаји за појачавање слике осветљености, који појачавају ниво осветљењости амбијента ноћу до 10 000 пута. Када се говори о појачавању светлости путем овог уређаја подразумева се природна видљива светлост, као и светлост блиска инфрацрвеној. Инфрацрвена светлост налази се у области електромагнетног спектра чија је таласна дужина већа од таласне дужине видљиве светлости, а фреквенција мања. Људско око може видети до црвене боје, која има највећу таласну дужину.
Развој микроканалних плоча омогућио је минијатурне изведбе појачивача слике (image intensifiers – I2) унутар наочара за ноћни вид које су задовољиле захтеве за лагане уређаје носиве на кациги. Уређај обезбеђује пилоту осматрање спољашњости у фосфорно зеленој слици која се пројектује на очне јабучице.
Наочаре за ноћни вид захтевају компатибилност осветљења ваздухоплова ради ефикасне употребе истих. Уколико осветљење (унутрашње и спољашње такође) није NVG компатибилно, њихова светлост ће бити појачана наочарима за ноћни вид и надјачаће појачавање нижих нивоа светлости споља. Компатибилност се може дефинисати као услов да систем осветљењa не омета визуелно посаду или не утиче на употребљивост NVG.
NVIS компатибилност дозвољава посади да осматра спољашњост кроз наочаре задржавајући осветљеност неопходних извора информација у кабинском простору. Трећа генерација уређаја NVIS су неосетљиви на плаву/зелену светлост, па кабинско осветљење може бити модификовано филтрирањем емисије светлости у одређеним деловима спектра за постизање компатибилности. Плаво/зелено осветљење омогућава несметано осматрање спољашњости кроз ANVIS, а гледање унутрашњости кабине (инструмената) кориштењем технике „гледања поред“ („look around“ technique), или најправилније – гледања испод наочара, како је приказано на слици.
Захтеви за компатибилношћу су прописани документом MIL-L-85762 у NATO, и категорисани су по типовима и класама. Поред предности које пружа, наочаре са собом носе и одређене мане. Мане система:
-ограничено тренутно видно поље које захтева кретање главе;
-бол у врату и умор (због повећане тежине и повећаних покрета главе);
-трошкови опреме (трошкови довођења осветљења на NVIS компатибилност?);
-изискује обуку пилота;
-ограничена употреба у сложеним метеоролошким условима или условима магле;
-негативан утицај на безбедност - ако је неадекватна обука или је прецењена способност система.
Поред ових мана, ту је и низ недостатака везаних за ограничено видно поље наочара. Људско око може да види 140 степени хоризонтално и 110 степени вертикално. Комбиновањем два ока тимски, добија се могућност хоризонталног видног поља до 195 степени. Видно поље NVG се најчешће креће у границама од 40 степени кружно обликованог поља. Остатак је „непокривен“. Компензовањем тј. покретима главе може се умањити овај недостатак. Перцепција дубине се јавља као највећа нелагодност при летењу са NVG. Највероватније је да неадекватна перцепција кретања услед ограничења периферног вида даје допринос оваквој перцепцији.
Вратимо се на ANVIS...
ANVIS је најраспрострањенији HMD систем на свету. Представља комбиновани сензорно-приказивачки оптички уређај који се монтира на летачке кациге тренутно у употреби путем склопа растављивог носача уређаја. US Army сви уређаји су модел AN/AVS-6, у верзијама тип-4 до 6. USAF и US Navy користе уређаје са ознаком ANVIS-9. Карактеристике су идентичне, само се разликују у другачијем носачу прилагођеном кацигама у употреби у ова два вида америчких оружаних снага. То је бинокуларни систем намењен летачима, за ноћно осматрање, који обезбеђује потпуно преклапајућа два видна поља од 40 степени. Не захтева додатни сензорни систем праћења покрета главе. Напајање је путем једне литијумске или две „АА“ батерије које су смештене на задњу страну кациге са тегићем ради контра-баланса. Користи га US Army, US Navy, US Air Force и US Marine Corps.
Па, да кренемо редом...
Можда би неко други изабрао други редослед прегледа ових уређаја, можда би имао замерку што нису одвојени Helmet Mounted Sight као посебна група, али то остављам личном доживљају...
Display and Sight Helmet (DASH) (Израел)
Компанија Elbit Systems Ltd. развила је низ HMD приказивача познатијих као DASH касних 70-их прошлог века. Први представник ове серије DASH-1 је имплементиран на израелске Ф-15 и Ф-16 у конфигурацији ваздух-ваздух и ваздух-земља. Каснији модел DASH-2 је имао побољшан дизајн, али никада није уведен у употребу.
DASH-3 је ушао у производњу током раних 1990-их година и развијан је за употребу у спрези са Rafael Python 4 ракетом ваздух-ваздух. DASH је тренутно примењен на F-4, F-5, F-15, F-16, F/A-18, МиГ-21, IAR-99, Миражу 2000 и Торнаду. Такође Израелци га нуде и за руске авионе. DASH је већ имплементиран у румунској Миг - 21 Lancer модернизацији. Овај HMD је био основа за развој каснијег Joint Helmet Mounted Cueing System (JHMCS) .
DASH-3 је примењен HMD дизајн, где је комплетан оптички и положајно сензорни склоп „уграђен“ на стандардну пилотску кацигу (USAF HGU-55/P или израелска HGU-22/P). Кацига је прилагођена индивидуалним облицима и величинама глава пилота путем примене пенастих испуна или термички обликованих пластичних кошуљица (Thermal Plastic Liners (TPL). Након што је кацига прилагођена глави пилота, оптика се прилагођава (позиционира удаљеност рефлексне површине HMD) зеници ока пилота. DASH-3 толерише ношење наочара и прилагођен је за употребу стандардне маске за кисеоник.
Уређај је тежак око 1,65 кг и зависи од величине кациге. Центар теже кациге мора да буде добро избалансиран да би задовољио захтеве. Примењена је конфигурација оптичке пројекције на сферично обликован визир. Обезбеђује 20 степени видног поља. Систем је оперативан у 5 земаља, на 4 континента, на 15 различитих платформи. Преко 1000 ових HMD система је испоручено купцима широм света. Елбит DASH-IV је нова генерација овог система.
Agile Eye (Сједињене Америчке Државе)
Kaiser Electronics (сада Rockwell Collins) је произвео и тестирао низ експерименталних система још од почетка 1980-их, под називима Agile Eye, Agile Eye Mk I, II, III и IV, Agile Eye Plus, да би на крају дошао до Agile Eye Mk V или „Visually Coupled Acquisition Targeting System“ - (VCATS) 1995. године. Уређај користи мали CRT у задњем делу кациге за пројекцију слике. VCATS је интензивно развијан у америчкој ваздухопловној истраживачкој лабораторији у бази Wright Patterson. VCATS развојни програм је специјално дизајниран да реши техничке и оперативне проблеме HMD, а допринео је и успешном развоју JHMCS програма. Од новина, уведена је могућност брзораставне везе конектора за случај напуштања ваздухоплова. Остао на експерименталном нивоу, није примењен.
Joint Helmet Mounted Cueing System - JHMCS (Сједињене Америчке Државе)
Joint Helmet Mounted Cueing System (JHMCS) је развијен у периоду 1996-99 у компанији Vision Systems International (VSI). Компанија VSI је основана 1996.године, кроз заједничко улагање Rockwell Collins (San Jose, CA) и Elbit Systems (Haifa, Israel). Компанија је основана да би се истражиле могућности HMD за авионе као платформе.
Систем JHMCS користи CRT пречника 0,5 инча за монокуларни приказ на визиру и то само на десном оку пилота. Намењен је само за дневну употребу, а примењен је на F-15, F-16 и F/A-18. Систем користи електро-магнетни сензорни систем за праћење покрета главе. Пројекција обухвата 20 степени видног поља. 2003.године ова компанија развија систем за двоседе авионе који обезбеђује да оба члана посаде могу да размењују информације. Испоруке модификоване верзије почеле су почетком 2007. за морнаричке F-18F. У двоседом авиону оба члана посаде могу да носе кацигу JHMCS, обављају независно послове и притом да прате ситуацију. Систем представља сублимирана искуства од пројеката DASH-3, Agile eye и VCATS HMD. За разлику од уграђених система на/у кацигу (као DASH), систем је изведен тако да се уклапа на чеони део кациге који је припремљен за прихват. Карактерише га мала маса, оптимизован центар масе, а у лету се може заменити модуларно са модулом за ноћни вид, чиме се добило побољшање оперативних перформанси. Систем је дизајниран да буде спрегнут са ракетама ваздух- ваздух 4-те генерације AIM-9X Сајдвајндер, како би се остварио захтев за захватање циљева са „high off-boresight“ наоружањем. Тиме се остварила предност „first look, first shot” када се пилот налази у условима високе g силе. Користи се са HGU-55/P. До 2007.године било је испоручено преко 6000 јединица у 26 земаља света.
На захтев америчке морнарице развијено је неколико решења за ноћни модул. Један од њих је Night Vision Cueing and Display-Aviator’s Night Vision Imaging Systems (NVCD-ANVIS), бинокуларни NVG приказ са 40 степени видног поља (кружног облика). Модул приказује симбологију или видео преко NVG приказа, тј. на наочарима за ноћни вид. Можда најбизарнији је Night Vision Cueing Display (NVCD) – QuadEye. Даје 100 степени пута 40 степени видног поља или може да прикаже само кружно 40 степени видног поља приказа.
Елбит је започео испоруку унапређене, друге генерације - JHMCS II. Прве испоруке иду за Алениа Ермаки М-346. Елбит нуди систем као замену за стари, корисницима прве генерације и новим корисницима као јефтино решење. Компанија је приказала унапређен систем на овогодишњој изложби у Паризу.
Crusader (Сједињене Америчке Државе, Велика Британија)
Крајем 1990-их Crusader (Крсташ) HMD био је део развојног демонстратор програма чији је циљ био решење које се може применити на авионима као и на хеликоптерима. Услов за успех програма био је да HMD кацига не изгуби на квалитету заштите пилота тиме што се може применити на различитим типовима ваздухоплова. Програм је координиран од стране америчке морнарице, која је показала велико интересовање за „универзалну“ кацигу. Crusader је бинокуларни HMD, са пројекцијом на визир, има делимично преклапање видног поља које износи 30 пута 40 степени. Дизајн је базиран на две камере интегрисане са I2 цевима. Систем користи два минијатурна „solid state“ екранa са резолуцијом од 1024х1280. Систем је способан да на визир пројектује бинокуларни I2 видео, FLIR видео, и комбиновани (оба заједно), приказујући заједно и „летну“ и „борбену“ симбологију у исто време.
Viper (Велика Британија)
Вајпер HMD серија подразумева три модела HMD намењених за платформе авиона. GEC-Marconi Avionics (сада BAE Systems) развио је Вајпер 1 и 2, HMD системе базиране на CRT технологији. Вајпер 1 развијен средином 1990-их, као монокуларни HMD. Он користи минијатурни CRT дисплеј пречника 1 инч, који пројектује путем оптике слику на сферични визир. Визир има слој који доприноси бољем доживљају боја симбологије када се гледа кроз визир, али не нарушава боје околног амбијента. Систем је базиран да може да прикаже симблогију у растер графици и калиграфски. Вajпер 1 пружа 20 степени видног поља. Без кисеоничке маске, тежи 1,7 кг. Тестиран је на Х-31, као и на F-16 да би се приказале „look and shoot“ способности.
Серија је настављена са моделом Вајпер 2 првим BAE бинокуларним HMD. Систем је примењен на JAST AV-8B (америчка верзија Harrier-а), на немачком Tornado-у, британском Tornado-у и разним верзијама F-16. Дизајниран у бинокуларној конфигурацији, користи два идентична CRT као код Вајпер 1 и задржан је такође приступ сферичног визира са слојем за појачавање боја симбологије.
Систем је конфигурисан да може да приказује само симбологију, видео приказ са спољњег извора или хибридни мод - видео са преклапањем симбологије. Омогућава 40 степени видног поља. Без кисеоничке маске уређај је тежак 1,9 кг.
Следећи уређај у серији је Вајпер 3, појавио се касних 1990-тих. Уређај је дизајниран да NVG приказ буде пројектован на визиру. Први пут био је тестиран у лету на холандском Ф-16. Вајпер 3 има шему визир пројекције сличну HMD-овима где је примењено решење вишеструко изломљене оптичке путање слике. Слика долази од стране пара 18 мм-тарских I2 цеви до визира пилота. Ово решење омогућава пилоту бинокуларно (40 степени) видно поље са NVG визир приказом. I2 (Image Intensifier) цеви су монтиране на кациги, да би се обезбедило најбољи могући баланс (мање замарањепилота и безбедно напуштање ваздухоплова). Кацига се сматра погодном за оптерећења до 5-6 g. Важна карактеристика оптичког дизајна Вајпер 3 је раздвајање снопа на једном огледалу у оквиру оптичке путање између цеви за интензивирање слике и визира. Овим се омогућава додавање слике са CRT, што на крају систему омогућава комбиновану пројекцију HMD и NVG. Додавање CRT повећава масу, али је та маса распоређена у служби бољег баланса.
Вајпер 4 се развијао укасним 1990-им као наследник Вајпера 2. Летно је тестиран на VISTA F-16 и у оквиру развоја JSF. Развијан је са CRT и „Flat panel display“ верзијама.
TopSight (Француска)
Развио га је Thales Avionics (Vélizy-Villacoublay, сада Sextant Avionique) у сарадњи са Intertechnique. Талес је кренуо у развој потпуно новог система који је за разлику од дотадашњих решења требало да, осим приказа информација, пружи и интегрисан кисеонички систем. Интегрисани систем је требало да кориснику пружи и НХБ заштиту. Футуристички изглед ових кацига резултат је жеље за заштитом лица од излагања ударним струјницама ваздуха, као и потребом дизајна кисеоничке маске која у потпуности прекрива лице, а да што мање заклања видно поље пилота.
TopSight (раније под називом Опсис) је првобитно верификован на Миражу 2000, а касније и на Рафалу. Претрпео је значајне развојне измене. ТопСајт је систем за дневне услове употребе, само у „ваздух-ваздух“ конфигурацији.
Заснован на модуларном приступу. Систем чини кацига са ослонцем за прихват измењивих дисплеј модула. Модуларно су замењиви: Дневни дисплеј модул, који пројектује симбологију на визиру пилота за одређивање и захват циља; затим, Ноћни дисплеј модул (прилагођен за катапултирање), или Двоструки дисплеј модул. Дизајниран је првенствено за одређивање и захват циљева у ваздуху за авионе Мираж 2000, а касније и Рафал. Систем је изведен са монокулараном дисплеј пројекцијом на визир са 20 степени захвата видног поља. Користи CRT пречника 0,5 инча за приказ симбологије, са параметарима авиона и циља. Потпуно интегрисан систем , укључујући маску за кисеоник, има тежину 1,45 кг.
Модел Топсајт - Е се користи на МиГ-29К у Индијској морнарици.
TopNight
TopNight је уствари TopSight систем прилагођен за конфигурацију ваздух-земља и ноћне мисије на авиону Рафал. На TopSight је додата I2CCD камера (image-intensified charge-coupled device) са бинокуларним приказом на визиру. На визиру је могуће приказати или FLIR слику која је омогућена са екстерног авионског уређаја или слику CCD камере која се налази на кациги. Пилот има могућност пребацивања са једног на други мод (приказ у зависности од извора). Предвиђена је могућност да се може пројектовати чак и приказ од спољњег видео извора.
Топ Најт користи бинокуларни дисплеј приказ са видним пољем 40 х 30 степени који се пројектује са два 0,5 инчна CRT-а. Комплетан систем је тежак 1,8 кг, заједно са кисеоничком маском.
