人機交互設計在軍用雷達軟件的應用分析

陳雨薇+張慶龍

摘要：軍事武器裝備對于可靠性、穩定性和安全性的高要求；對雷達操作人員熟練度的慣性依賴；以及因為雷達系統本身操作的復雜性，使得軍用雷達領域人機交互體驗還停留在傳統的用戶界面水平。用戶界面是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統的重要組成部分。如果軍用雷達的用戶界面不能簡單、直接地傳遞必要的操作信息，向雷達操作員呈現直觀、高效的反饋信息，則會影響雷達系統的工作效率與效果。

關鍵詞：人機交互；設計；軍用雷達；軟件；應用

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0192-02

人機交互（Human-Computer Interaction，HCI）是研究人、計算機以及它們間相互影響的技術。隨著信息技術的飛速發展，人機交互技術在主流商業軟件與日常應用中日趨精準、精細、精致，表現形式豐富多樣：例如計算機系統的擬人化（如Apple SIRI，Google Echo等）、虛擬現實的應用（如VR眼鏡等）、計算機的微型化（如膠囊機器人等）、隨身化（如智能手表、手機等）和嵌入化（如智能家電等）。當前虛擬現實、大數據、人工智能等飛速發展，不僅對人機交互技術提出了新的挑戰以及更高的要求，而且也為人機交互技術提供了更多新的機遇。在未來的軍事裝備領域研究當中，新一代人機交互的發展趨勢將會以人為中心，以交互自然、高效為主要目標。

1 人機交互的設計原則

一個出色的人機交互界面應該以人為本，從用戶的角度出發，結合具體工作環境及模式進行設計。一個優質的、吸引人的人機交互方式或用戶界面除了能夠使用戶更快地適應并學會使用系統設備之外，還能增強系統設備的使用效率，從而增加用戶對系統設備的粘性。經過精心設計的用戶界面可以充分利用系統設備的整體資源來滿足用戶與設備之間的人機交互。綜合來看，人機交互軟件界面設計原則主要有用戶體驗設計原則、界面一致性設計原則以及美學完整性原則。一個尊重用戶體驗，符合設計一致性以及美學完整性的交互界面，能夠讓用戶在最短的時間內完成其需要執行的操作，是靈活高效的界面設計。

1） 用戶體驗設計原則

用戶體驗設計原則強調以終端用戶為中心進行設計。通常，系統的適用對象可以分為專業用戶和普通用戶兩類。系統在設計時必須對用戶類型進行定位和區分，對用戶的需求進行挖掘，對使用場景進行模擬，盡力迎合用戶的使用需求從而獲得最佳的使用效果。

例如，BI（Business Intelligence）軟件可能根據具體需求對不同層次的管理人員和工作人員呈現商務報告。管理人員與普通工作人員之間在關注的內容和層次上存在較大的差異。前者可能需要宏觀的結果，而后者需要更多具體的、有針對性的數據。

2） 一致性設計原則

軟件的設計解決方案和風格通常具有高度的一致性。這種一致性在界面外觀上主要體現于：布局、信息顯示、色彩和畫面風格上；從交互方式上主要體現于：工作流程、操作方式等方面。一致的設計風格可以讓用戶在基于過去使用同類軟件的基礎上，在較短的時間內快速掌握軟件的使用技巧以及使用方法。用戶在心理上對一種風格的認同有利于品牌的建立與品牌整體性的維護。例如一個手機APP的后續產品或相關應用與前序產品設計特性保持一致，用戶在掌握第一種軟件的操作方式之后便可快速入門其他幾種相關軟件。

3） 美學完整性原則

美學完整性并不是用來衡量一個交互設計界面的美觀程度，而是用來衡量交互設計的界面是否匹配其功能。簡單來說，高光、大號字體、左上角位置（取決于閱讀順序）等方式都可以用來突出指定任務與功能。交互設計師可以通過應用程序的界面傳達一個清晰和統一的信息給用戶，讓用戶懂得應用程序的目的甚至是操作的順序與重點。

2 軍用雷達用戶界面設計的現狀

軍用雷達的研發與應用是一個具有長期性復雜性的系統工程。作為人機交互的主要入口，顯控終端承擔了不可估量的任務。雷達控制指令的下達、任務的執行情況、目標信息的反饋等，都需要通過顯控終端來實現。

早期的雷達顯示界面過于單調。同時由于功能復雜，組成元素眾多，各種操作接口不易查找，操作員需要花費時間熟悉界面，進行專業培訓。而雷達繁多的參數信息設置及顯示、目標信息如點跡航跡的反饋，進一步導致交互界面的設計難以友好。

現在，隨著硬件的發展以及軟件技術的日趨成熟，整個雷達軟件的工作效率得到了極大的提升，雷達軟件化已不再是一句空口號。但是國內雷達顯示軟件的設計弊端卻依然沒有得到很好的改善。下面將從用戶體驗設計原則、一致性原則以及美學完整性原則三個方面對國內軍用雷達軟件的用戶界面設計進行討論分析。

1） 用戶體驗設計原則

如今，主流的商用軟件、日常應用都將用戶體驗作為重要的考量內容。軟件在開發設計時會針對具體的終端用戶進行裁剪定制。例如女性用戶眾多的軟件或者手機APP，色彩使用更傾向于粉色系；而一般的企業ERP軟件的整體設計則更加嚴肅，避免出現造型可愛的標志等。

軍事武器裝備的終端用戶主要為部隊軍官、士兵。雷達軟件的終端用戶主要為專業的雷達操作員。在雷達研發工作早期，因為技術的限制，不得不提高對使用人員的要求，雷達操作員需要經過一系列的培訓。但是現在，在有了商用軟件繁多的成功案例之后，軍用雷達軟件的開發依然沒有將終端用戶的體驗納入到軟件設計中來，甚至有時會因為設計工作不足而導致的雷達操作復雜度提高。

2） 一致性設計原則

軍用雷達在設計解決方案和風格時確實具有高度的一致性。尤其是同一家研究機構的雷達軟件用戶界面，即使是不同型號的雷達之間也體現出了高度一致的設計風格，可以讓用戶在較短的時間內掌握軟件的使用方法。甚至于不同研究機構的軍用雷達軟件，這種通用性有時也客觀存在。但是，這種輸入輸出界面設計的一致性并不是基于對用戶需求具有深刻的理解，而只是對傳統的延續。在實際應用時，一致性設計原則應該貫徹到軟件的每一個層面，保證軟件開發的概念模式能夠得到很好的落實。但在雷達系統的研發過程中，往往著眼于信號處理模塊、成像算法或者硬件提升上，而忽略了在顯示界面的技術更新、升級以及對人機交互設計的思考，使得不同型號的雷達陰差陽錯符合了一致性設計原則，有著相似的界面與操作。endprint

3） 美學完整性原則

在雷達用戶界面的設計上，美學完整性原則似乎沒有得到很好的體現。通常，軍用雷達的參數設置龐雜，反饋信息多樣。且其開發模式多為瀑布型，用戶界面設計人員對于各種參數的排布更傾向與基于成熟的技術協議，而非衡量交互設計的界面與功能是否匹配，較少考慮整個界面是否傳達了一個清晰和統一的信息給用戶。

而正是因為雷達軟件用戶界面的開發在設計時較少考慮到用戶體驗、發掘雷達操作員的需求、美學完整性意識欠缺，使得雷達操作員在實際操作雷達的過程中會被可能產生的甚至是相互矛盾的信號所困擾，進而影響了雷達的使用效率。

3 軍用雷達用戶界面現狀的分析

國內雷達軟件人機交互界面設計的現狀主要是三個方面導致的：第一，在于武器裝備對于可靠性、穩定性以及安全性的硬性要求；第二，是因為界面設計人員對于雷達操作員熟練操作的慣性依賴；第三，是雷達操作使用的客觀復雜性。

武器裝備的設計多為戰爭應用，殺傷性武器裝備的精確度要求極高，極小的操作失誤或者是細微的精度差別，都可能造成極大的打擊偏差，從而導致財物損壞甚至人員傷亡。除此之外，軍用武器裝備的研發成本很高，以雷達為例，除了傳統的地面雷達外，還有艦載、機載、球載、彈載以及星載雷達。平臺的約束與限制，以及在實際操作中對于打擊目標的消耗，這些都要求軍用武器裝備系統的研發和使用具有極高的可靠性、穩定性以及安全性。這種對于可靠性、穩定性與安全性的極致追求也讓雷達軟件系統的設計人員往往忽視了系統終端使用人員的人機交互質量。

早期雷達因為技術的限制，對雷達操作人員有著很高的要求。現在，軟件界面設計整體能力提升，但是雷達的用戶界面設計卻依然停留在較早的階段。雷達操作的正確性與效率依然依賴雷達操作員的經驗與技能熟練程度。當商用軟件開發開始提供越來越多諸如交互設計師、用戶體驗設計師這樣的職位時，雷達軟件的用戶界面要求水平卻依然保持為“可用”，缺少對于“易用”、“好用”的思考。

再者，雷達使用環境復雜，例如機載雷達的目標可能是對海、對地、對空，既可能有動目標，也會有靜止目標。雷達操作員需要根據具體環境具體任務進行參數設置，如圖1所示。并在搜索過程中進行參數調試、目標選取和目標跟蹤。這些參數包括帶寬、時寬、采樣深度、采樣頻率等等，從十幾個參數到幾十個參數都有可能。雷達反饋的信息數量也相當龐大，例如點航信息。其中點跡信息可能包括原始點跡和凝聚點跡，航跡信息可能包括虛假航跡、目標航跡等。雷達操作員需要根據目標特性和經驗進行點跡凝聚，刪除虛假航跡，選擇目標航跡或者進行航跡的人工起始等工作。因此，雷達系統操作的實際復雜性也加大了實現人機友好交互的難度。

4 建議及意見

針對當前雷達軟件的用戶界面設計的弊端，本文給予以下建議。

軟件開發人員在設計用戶界面的時候應該將雷達操作人員納入考慮范圍，思考人機交互的方式，提升用戶界面的質量。而不是在設計出操作復雜的界面后寄希望于雷達操作員的訓練有素。

雷達參數及反饋信息的布局應當獨立于技術協議之外，突出重點，合理排布。技術協議的制定往往受制于硬件要求、系統設計以及模塊交互等因素，例如技術協議中參數的順序未必是面向實際操作的，因此在實際操作界面中，參數應當根據具體情況合理布局，而不是機械照搬技術協議。

軍用雷達人機交設計也可以參考主流商業軟件的優缺點，睜眼看新技術，著手用新設計，為我國未來雷達產業的發展提供嶄新的一面。

5 結束語

本文對人機交互設計的一般準則進行了詳細的論述，并對軍用雷達的用戶界面設計現狀進行了分析與討論。雷達軟件交互界面設計的現狀主要是三個原因導致的：第一，在于武器裝備對于可靠性、穩定性以及安全性的硬性要求，使得雷達系統開發忽視了交互界面的友好；第二，是因為界面設計人員對于雷達操作員熟練操作的慣性依賴；第三，是雷達操作使用的客觀復雜性。最后本文對軍用雷達人機交互設計提出了建議與意見。

對于雷達系統，加強對硬件的設計、提升算法質量當然是主流的研究方向，但是通過提升雷達操作員的使用感與效率，將他們的注意力從復雜的操作中解放出來，投入到對于目標點跡航跡的關聯、對于虛假航跡的判斷與排除、對于目標航跡的關注上也是提升雷達整體工作效率的一個重要途徑。在未來的雷達系統中，人機交互技術必然會發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1] 朱詩生，張惠珍. 人機交互軟件界面設計[J]. 信息技術，2009，33（5）：36-39.

[2] 曾凌洋. 基于嵌入式計算機的雷達顯控終端設計[D].電子科技大學，2005.

[3] 周麗明. 軟件化雷達顯控終端的研究[D].大連海事大學，2011.endprint