李怡偉 涂天佳

摘要??? 有人/無人協(xié)同指控終端是未來有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的重要裝備，簡潔高效的協(xié)同指控界面設(shè)計有助于操作員增快信息辨識度、減小誤讀率，顯著提高作戰(zhàn)效能。本文借鑒國外有人/無人協(xié)同研究成果，梳理了有人/無人協(xié)同指控終端架構(gòu)，結(jié)合無人機(jī)控制站設(shè)計風(fēng)格和人機(jī)功效設(shè)計要求，設(shè)計了一款簡潔直觀的有人/無人協(xié)同指控界面，可協(xié)助操作員高效地完成協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】有人/無人協(xié)同 協(xié)同指控 架構(gòu)界面

1 引言

無人機(jī)因其價格低廉、結(jié)構(gòu)相對簡單、生存能力強(qiáng)且無需承擔(dān)人員傷亡的風(fēng)險等優(yōu)點(diǎn)，在近幾場局部戰(zhàn)爭中被廣泛應(yīng)用，其戰(zhàn)場優(yōu)勢在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中日趨突出。但由于無人機(jī)智能化水平的限制，其還無法獨(dú)立自主執(zhí)行復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)。通過有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)、平臺互操作和共享平臺資源，可以使有人/無人平臺優(yōu)勢互補(bǔ)，有效提高作戰(zhàn)效能。美國國防部《2011-2036無人系統(tǒng)綜合路線圖》中指出“美國軍事中心從中東轉(zhuǎn)移至亞太地區(qū)以后，有人/無人編隊(duì)將成為一種基本作戰(zhàn)模式”，進(jìn)一步強(qiáng)化了有人/無人編隊(duì)的作戰(zhàn)意義。

鑒于有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的應(yīng)用前景，美、英等國從20世紀(jì)末就開始競相開展此方面研究，探索有人/無人編隊(duì)作戰(zhàn)概念、關(guān)鍵技術(shù)，并通過試驗(yàn)試飛驗(yàn)證有人空中平臺協(xié)同控制無人機(jī)的可行性和實(shí)用性。目前，美國陸軍已完成多個有人/無人協(xié)同演示驗(yàn)證項(xiàng)目，研制了不同協(xié)同控制級別的機(jī)載協(xié)同指控終端，并完成了實(shí)際列裝。

相比較，國內(nèi)對有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的研究尚處于探索階段，有人/無人協(xié)同指控系統(tǒng)設(shè)計尚不成熟。而且協(xié)同指控終端要部署在有人機(jī)上，有人機(jī)相比地面控制站，空間小、人員緊張，因此對協(xié)同指控終端的重量、體積、資源有更嚴(yán)格的要求，設(shè)計難度更大、技術(shù)要求更高。本文在總結(jié)國外有人/無人協(xié)同項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，梳理了有人/無人協(xié)同指控終端架構(gòu)，并結(jié)合無人機(jī)控制站界面設(shè)計風(fēng)格和人機(jī)功效設(shè)計要求，設(shè)計了一款以“左參數(shù)、右任務(wù)”為主要風(fēng)格的有人/無人協(xié)同指控界面。

2 國外有人/無人協(xié)同概況

有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)源于有人無人組合（MUM-T）思想，該思想出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，指有人和無人系統(tǒng)之間為實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)而建立聯(lián)系，用于描述平臺互用性和共享資產(chǎn)控制以獲得共同的作戰(zhàn)任務(wù)目標(biāo)。美國防部《2013～2038無人系統(tǒng)綜合路線圖》也定義，有人/無人編隊(duì)（Manned-Unmanned System Teaming）是指有人與無人系統(tǒng)為執(zhí)行相同任務(wù)而建立的整體編隊(duì)，通過平臺互操作和資源共享控制，以達(dá)成共同的任務(wù)目標(biāo)。

在此目標(biāo)的驅(qū)動下，20世紀(jì)90年代起，美、英等國相繼開始發(fā)起了多項(xiàng)有人/無人協(xié)同研究計劃，其具體情況見表1。

分析國外有人/無人協(xié)同項(xiàng)目研究可以發(fā)現(xiàn)，有人/無人協(xié)同研究內(nèi)容主要包含概念探索、有效性分析、技術(shù)梳理、系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)攻關(guān)、實(shí)驗(yàn)室仿真、飛行演示驗(yàn)證和實(shí)裝化。其中有/無人協(xié)同裝備的研發(fā)、成熟對推動有人/無人協(xié)同技術(shù)從仿真到試飛和實(shí)裝起到關(guān)鍵性作用，如MCA、WA輔助決策助手和VUIT-2、UTA協(xié)同數(shù)據(jù)鏈。隨著有人/無人協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，其要求的協(xié)同控制能力在不斷提升，協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)方式逐漸向異構(gòu)、多平臺互操作發(fā)展，對無人機(jī)的自主能力要求不斷提高。國內(nèi)在有人/無人協(xié)同研究上還有較大差距，應(yīng)在概念探索、技術(shù)研究的同時，大力發(fā)展協(xié)同裝備，加強(qiáng)對有人/無人協(xié)同指控終端的研究和設(shè)計，探索簡潔高效的協(xié)同指控終端界面設(shè)計思路。

3 協(xié)同指控終端設(shè)計

3.1 協(xié)同指控終端架構(gòu)

有人/無人協(xié)同指控終端相當(dāng)于安裝在有人機(jī)上的無人機(jī)控制站，其主要功能有兩方面：一是通過協(xié)同數(shù)據(jù)鏈接收無人機(jī)狀態(tài)、載荷、鏈路信息，并接收有人機(jī)、作戰(zhàn)指揮中心、航管中心等發(fā)送的信息，通過綜合數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合，將上述信息在界面上綜合顯示;另一方面是根據(jù)當(dāng)前態(tài)勢和作戰(zhàn)任務(wù)實(shí)時地對無人機(jī)及其載荷進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃和操作控制。根據(jù)有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)要求和交互過程，可知有人/無人協(xié)同指控終端架構(gòu)如圖1。

其組成模塊和功能如下：

（1）人機(jī)交互界面：綜合顯示無人機(jī)狀態(tài)、載荷、鏈路、態(tài)勢等信息，并提供語音、鍵盤、操縱桿等輸入方式，實(shí)現(xiàn)高效的人機(jī)交互控制;

（2）態(tài)勢感知模塊：通過數(shù)據(jù)融合模塊，將作戰(zhàn)指揮中心下發(fā)信息以及各載荷偵察信息等清晰地展現(xiàn)在地圖上，以指導(dǎo)任務(wù)規(guī)劃;

（3）任務(wù)規(guī)劃模塊：根據(jù)態(tài)勢信息和作戰(zhàn)任務(wù)，對無人機(jī)航路、載荷和鏈路進(jìn)行規(guī)劃，以便安全高效地完成作戰(zhàn)任務(wù);

（4）飛行監(jiān)控模塊：對無人機(jī)飛行姿態(tài)、高度、位置等信息進(jìn)行綜合顯示和控制;

（5）任務(wù)監(jiān)控模塊：對光電、雷達(dá)等載荷信息進(jìn)行顯示和控制;

（6）鏈路監(jiān)控模塊：對鏈路狀態(tài)、信道、帶寬等信息進(jìn)行顯示和控制;

（7）數(shù)據(jù)融合模塊：對作戰(zhàn)指揮中心下發(fā)信息以及各載荷偵察信息進(jìn)行匹配融合，作為態(tài)勢感知模塊的輸入，減輕操作員負(fù)擔(dān);

（8）數(shù)據(jù)綜合處理模塊：數(shù)據(jù)的組幀、解析和分發(fā)等

3.2 協(xié)同指控終端界面設(shè)計

由于協(xié)同指控終端部署在有人機(jī)上，機(jī)上空間小、人員緊張，因此對其界面設(shè)計、重量、體積、資源有更嚴(yán)格的要求。一般無人機(jī)地面控制站多分為飛行監(jiān)控臺和任務(wù)監(jiān)控臺，由不同人員操控，但協(xié)同指控終端通常需要由一人完成飛行監(jiān)控和任務(wù)監(jiān)控操作，因此其設(shè)計難度更大、技術(shù)要求更高。為在一個顯示界面上同時實(shí)現(xiàn)飛行和任務(wù)監(jiān)控操作，需要設(shè)計高效的數(shù)據(jù)融合算法和人機(jī)交互界面，以及精簡的指令集和智能化的輔助決策策略，同時提高無人機(jī)的自主水平。

由協(xié)同指控終端功能和架構(gòu)可知，協(xié)同指控終端需要監(jiān)控的信息涵蓋飛行、任務(wù)、鏈路、態(tài)勢等多方面，但顯示器尺寸大小有限，單頁面無法顯示上述所有信息，因此軟件需包含一個主界面和多個功能子頁面，主界面顯示無人機(jī)平臺部分重要信息、鏈路狀態(tài)、態(tài)勢信息以及載荷下傳信息等，并實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃操作;功能子頁面分別對應(yīng)顯示協(xié)同指控終端架構(gòu)中飛行監(jiān)控、任務(wù)監(jiān)控、任務(wù)規(guī)劃和鏈路監(jiān)控模塊信息，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制操作?？紤]到態(tài)勢感知信息與任務(wù)規(guī)劃的相關(guān)性，將態(tài)勢感知模塊信息顯示在任務(wù)規(guī)劃子功能頁，為任務(wù)規(guī)劃提供參考和約束。

由于人們在使用計算機(jī)時，對屏幕的視覺注意并不均勻，通常對左上角比較敏感，占40%，右下角最不敏感，占15%，不及對左上角關(guān)注的一半，且人們的閱讀順序通常是從上先下、從左到右，因此按照信息重要程度降序排列，其布局位置為左上-右上-左下-右下。同時綜合考慮飛行員和操作員“左參數(shù)、右任務(wù)”的視覺習(xí)慣，以及標(biāo)簽欄、工具欄在界面上方的使用習(xí)慣，為使其對信息辨識度增快、誤讀率減小、可靠性提高，并緩解其心理和生理疲勞，得到協(xié)同指控終端界面總體布局如圖2。

鑒于圖表、顏色等形式比文字更形象直觀，且不易造成視覺疲勞，本文以有人/無人協(xié)同指控終端界面布局為基礎(chǔ)，融入圖表和顏色設(shè)計，設(shè)計了圖3協(xié)同指控界面，界面以“左參數(shù)、右任務(wù)”為主要風(fēng)格，整體簡潔直觀。

主窗口界面組成及功能如下：

（1）標(biāo)簽和狀態(tài)綜合顯示欄。位于主界面上部，呈橫向長條狀?？稍谥鞔翱诤惋w行監(jiān)控、任務(wù)監(jiān)控、任務(wù)規(guī)劃和鏈路監(jiān)控等其他功能窗口之間進(jìn)行切換（各功能窗口與協(xié)同指控終端架構(gòu)人機(jī)交互界面所含內(nèi)容相對應(yīng)），查看詳細(xì)的無人機(jī)狀態(tài)、任務(wù)載荷、鏈路設(shè)置、態(tài)勢等信息，并實(shí)現(xiàn)更細(xì)致的飛行、載荷控制，完成任務(wù)規(guī)劃功能;

（2）無人機(jī)狀態(tài)顯示區(qū)。位于主界面左部。用于顯示飛行姿態(tài)、速度、油量、轉(zhuǎn)速、滑油溫度和流量、以及告警等關(guān)鍵信息;

（3）態(tài)勢及任務(wù)規(guī)劃區(qū)。位于主界面右部。用于顯示有人/無人載荷信息融合后的態(tài)勢信息，并可在地圖上實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃，形象直觀?？膳c載荷信息顯示區(qū)對調(diào)顯示;

（4）載荷信息顯示區(qū)。疊加在態(tài)勢及任務(wù)規(guī)劃區(qū)上，位于其左下角，可切換顯示各個載荷偵查信息?？膳c態(tài)勢及任務(wù)規(guī)劃區(qū)對調(diào)顯示。

文章在界面設(shè)計過程中，將協(xié)同指控終端按照功能進(jìn)行模塊化劃分，可根據(jù)實(shí)際需求集成不同的功能模塊，通用化強(qiáng)，并且充分考慮了飛行員的視覺習(xí)慣，界面布局以“左參數(shù)、右任務(wù)”為主要風(fēng)格，同時融入圖表和顏色設(shè)計，簡潔直觀，可增快操作員對信息的辨識度、減小誤讀率、提高可靠性，并緩解其心理和生理疲勞。

4 結(jié)論

本文在概述國外有人/無人協(xié)同研究的基礎(chǔ)上，梳理了有人/無人協(xié)同指控終端的架構(gòu)，將其功能模塊細(xì)化，并闡明了各模塊之間的交互關(guān)系，最后結(jié)合無人機(jī)控制站設(shè)計風(fēng)格和人機(jī)功效設(shè)計要求，對有人/無人協(xié)同指控界面進(jìn)行了設(shè)計。界面按照功能模塊進(jìn)行集成，通用化強(qiáng)，并且以“左參數(shù)、右任務(wù)”為主要風(fēng)格，多采用圖表、顏色等元素，不易造成視覺疲勞，簡潔直觀，可為有人/無人協(xié)同指控軟件界面設(shè)計實(shí)現(xiàn)提供借鑒。

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