穿戴式信息感知技術軍事應用與發展趨勢

路明磊　韓啟龍　程明　楊勇

【摘 要】介紹了穿戴式信息感知技術的概念，歸納了穿戴式信息感覺技術的軍事應用現狀，研究了發展趨勢，提出了對我軍發展智能穿戴裝備的意見建議。

【關鍵詞】信息感知技術;軍事應用;發展趨勢

中圖分類號： TP391.41文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）20-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.015

未來戰場正在逐漸向信息化、數字化、智能化方向轉變，在這種新的戰爭模式下，傳統士兵作戰單元的概念已經產生了質的飛躍，單兵作戰能力的高低直接決定了戰場整體戰斗力的強弱。為了更好地提升單兵作戰能力，智能可穿戴設備應運而生，如飛行員可視化頭盔、單兵系統等，這些智能可穿戴設備可以更好地幫助單兵感知其所處的外部環境，在計算機、網絡或者其他設施的輔助下更為高效地處理信息，極大地提升了單兵作戰能力。

1 穿戴式信息感知技術概述

穿戴式信息感知技術是以人為平臺，通過把傳感單元、處理單元、顯示單元、通信單元等集成一體，并具備可穿戴形態，使人與傳感器融為一體，輔助穿戴者更好的感知其自身信息和外界信息的技術，是對人體自身生物感覺、知覺的增強和延伸。

根據感知方式的不同，可以把信息感知技術區分為物理感知技術和化學感知技術兩大類。其中，物理感知技術主要是對力、熱、光、電、聲、磁等外界信息的感知，以及對人體心率、呼吸、脈搏等身體生理信息的感知，化學感知技術主要是對煙、霧、毒、酶、激素等信息的感知。從目前世界各國對穿戴式信息感知技術的應用來看，物理感知技術相對更為成熟，器件集成度更高，在穿戴式產品上結合應用較多，而化學感知技術目前相關產品體積大部分重量較大，操作使用方式多以手持和便攜為主，還難以與穿戴式設備相結合。

2 軍事應用現狀

90年代末，美國喬治亞工程技術研究所為美軍研制出一款用于士兵生理狀態監視和傷情檢測的“智能襯衣”，開啟了穿戴式信息感知技術的軍事應用。目前，隨著民用市場智能手表、智能手環、智能眼鏡等智能穿戴設備的普及和相關技術的日趨成熟，各軍事強國爭相將穿戴式信息感知技術引入軍事領域，尤其是美歐等國，已有多種型號的智能穿戴裝備應用部隊。我國相較國外發達國家起步較晚，但是發展迅速。

2.1 物理信息感知技術應用

美英等國家在穿戴式信息感知技術應用領域布局較早，目前已裝備部隊的產品較多，如美軍AN/PSQ-20增強型夜視鏡，是美國陸軍下一代頭盔式夜視鏡的代表，其集成于頭盔之上，可感知可見光和紅外光線，具備夜間熱成像、智能化“集像增強”、圖像數字處理和激光標識目標等功能，夜間目標識別率達到150米內80%、300米內50%的水平，可以輔助士兵在各種照明條件或具備能見度的條件下執行任務，是“光”感知的典型應用;美軍特種部隊裝備的爆炸沖擊記錄儀佩戴于士兵的頭部、胸部和肩部，可以感知爆炸產生的沖擊波對士兵造成的影響，并以“綠、黃、紅”三種顏色的指示燈對士兵進行提示，是“力”感知的先進應用;美軍的Silynx c4ops通信系統不僅可以濾除噪音，還可以有選擇性地對聲音進行放大，例如在強噪音背景下可實現可靠通話，安靜環境中對周邊細微聲音進行放大偵聽，是“聲”感知的有效應用。

對人體生理信息的感知應用主要集中在醫療、日常安全管理、軍事訓練和后裝保障等領域，如穿戴式生理檢測與醫療輔助設備，主要集成了數據計算技術、人機交互技術及功能性紡織技術等，具備心率、呼吸頻率、肺活量、體表溫度、血氧飽和度和血壓等生理參數的監測功能。在軍用領域相，美國和歐洲一些國家的軍隊已配發了部分具備心率、血氧飽和度和血壓等生理參數監測功能的T恤衫。

2.2 化學信息感知技術應用

化學感知技術應用方面，如美軍的M256A1化學戰劑檢測包，可檢測神經毒劑、芥子氣和氰化物等有毒物質，但體積重量較大，必須由專用背包攜行，不具備穿戴功能;其他的化學信息感知設備，如DNA檢測設備，根據有關報道，美軍的兩種便攜式DNA檢測設備一種重55公斤，一種重91公斤，都需要持續供電，從目前的重量和設備工作要求條件看，也難以與穿戴設備相結合。

2.3 綜合信息感知技術應用

綜合信息感知技術應用方面，以美軍“奈特勇士”、英軍“重拳系統”、法國“FELIN系統”、俄羅斯“步兵作戰系統”等為代表的士兵系統裝備，是穿戴式信息感知技術綜合應用的典范，主要是把微型計算機、傳感器、偵察成像設備、通信導航設備集成于單兵戰斗裝具，具備了信息的采集、處理和感知功能，從而提升了單兵在戰場上指揮通信、導航定位、態勢感知、協同行動、自身防護等綜合戰斗能力。特別是法國“FELIN系統”已批量裝備部隊并經實戰檢驗。

國內對信息感知技術的軍事應用較為普遍，且產品型號較多，如紅外觀測儀、光電探測器、戰場目標偵測儀、單兵偵毒儀等，但沒有進行集成化設計，多為手持式或背負攜帶式，不具備穿戴功能。近年來，國內軍用智能穿戴設備發展迅速，部分產品如外骨骼機器人、頭盔式夜視眼鏡等已經達到國際先進水平。

3 發展趨勢

隨著新材料技術、微電子技術、互聯網技術等高新技術的不斷發展應用，使得信息感知技術的應用有了更加良好的載體和基礎，世界各國也都把智能穿戴裝備作為未來的發展重點。

一是智能化。智能化是穿戴式信息感知技術應用的重要發展方向，對于單兵而言，經過智能化處理的信息更有利于提升作戰效率。以美國的FAST頭盔、Daqri增強現實智能頭盔、F-35“雷電Ⅱ”型飛行員頭盔為代表的智能頭盔，在功能上集成了數據計算技術和人機交互技術，極大地提升了作戰人員態勢感知、數據顯示和指揮通信等能力。如美軍的F35飛行員頭盔，該頭盔系統可跟蹤飛行員的頭部動作，飛行員不僅能在頭盔的面罩上看到其他飛機的位置、敵我屬性等信息，而且可以根據信息的提示進行相應的操作，假如是敵機，飛行員就可以根據目標信息來選擇武器，減少了飛行員進行思考、判斷的過程;另外就是對信息的直接利用，不再需要單兵對信息進行處理，如美軍的“勇士織衣”就是直接對信息利用的典型代表。其集成有用于監測的生物傳感器和計算機、電池、驅動與控制裝置、運動跟蹤傳感器等，能夠實時感知單兵的身體受力情況并進行調整，使負重智能分布于全身，降低長時間負重、在崎嶇地形行軍時的疲勞損耗。

二是集成化。集成化是穿戴式信息感知技術應用的發展模式，是指把多種信息感知技術集成于一套系統或一型裝備之上，如美軍的“奈特勇士”，其通過將可穿戴的微型計算機、傳感器、偵察成像裝備、通信導航設備嵌入單兵戰斗裝具，打造出包含武器子系統、綜合頭盔子系統、計算機/無線電子系統、軟件子系統以及防護服與單兵設備子系統等五個子系統的戰斗裝備系統，可綜合感知無線電、光、聲等信息，具備通信、夜視、測距等多種功能，并且具備信息的處理能力，從而提升了單個士兵在戰場上的指揮通信、導航定位、態勢感知、協同行動、自身防護等綜合戰斗能力。

三是輕量化。輕量化是穿戴式信息感知技術應用的實戰要求。一方面，隨著微電子材料、碳纖維材料、納米材料等新材料技術的不斷應用，使得感知技術應用載體的輕量化有了基礎。如美軍的FAST頭盔，其選用了超高分子聚乙烯纖維為主要材料，重量減輕了25%。第三代F35頭盔的顯示系統采用了碳纖維和凱夫拉纖維，重量由原來的2.3公斤降至2.1公斤。

4 對我軍裝備發展的啟示

適應未來戰場需求，依托穿戴式信息感知技術，著眼打造具有信息采集、處理和感知于一體的智能穿戴設備，提出以下建議：

4.1 加強前沿領域探索

瞄準未來技術發展的制高點，加強前瞻性、先導性、探索性的重大技術研究，不斷拓寬感知信息的類型和軍事應用。在現有信息感知的基礎上，重點突出人腦“意識”信息的感知研究，研制類似美軍“阿凡達”項目的“思維控制機器人”，實現穿戴式信息感知技術應用新的突破。

4.2 積極推廣生理信息感知技術的軍事應用

依托民用市場現有成熟的穿戴式設備，進行軍事化改進，重點研制可監測心率、血氧、血糖等人體重要生理特征的可穿戴式裝備，用于單兵的訓練輔助，或實戰當中實現實時監測數據的收集回傳，供指揮員或保障力量掌握單兵情況。

4.3 加大新材料技術研發力度

穿戴方便、供電充足是復雜戰場環境對軍用設備的基本要求，也是擺在智能可穿戴設備研發與運用面前的重點問題。重點突出三種新材料技術的研究。一是納米材料技術，可集成于單兵的指控系統、武器系統及隨身衣物當中，為單兵提供體積小、重量輕的高度智能化裝備，同時，也可使單兵的隱身、防殺傷能力進一步增強。二是微電子材料技術，采用集成化設計，力求將現有軍用智能手機、手持式指控終端、攜行探測儀器等裝備進一步縮小，并集成于智能頭盔、智能手表等穿戴設備上;三是新電池技術，研發新能源電池，如氚電池、石墨烯電池等，重點解決野戰條件下供電難的問題，提高智能可穿戴設備的續航能力。

4.4 普及人機交互技術和物聯網技術應用

隨著新型人機交互技術和物聯網技術的成熟運用，軍用智能可穿戴設備系統操作將更加便捷，并能使佩戴人員充分融入作戰網絡體系，實現人員、裝備、網絡的自主鏈接、實時交互和動態操控，提升作戰體系整體效能。首先，語音圖像控制、腦機接口、增強現實技術等新型人機交互技術的應用能讓人與裝備、網絡間操作鏈路更加直觀生動;其次，通過物聯網技術可使人與裝備平臺、網絡系統深度融合，在現有的通信聯絡、態勢感知、傳感監測、數據處理和武器操控等功能之上，進一步實現指控協同一體聯動、具體需求精細感知、綜合保障精確到位、整體交互動態自主等作戰要求。

【參考文獻】

[1]北京太陽谷咨詢有限公司，國外軍用智能可穿戴設備研發與應用調研報告[R].2018.

[2]溫煦，袁冰，李華，周厚棟.論智能可穿戴設備在我國體力活動大數據分析中的應用[J].中國體育科技，2017（2）：80-87.

[3]吳雨曦，王朝暉.柔性導電纖維在智能可穿戴裝備中的研究進展[J].紡織導報，2018，898（09）：60-65.

[4]徐學航，鄒雷.可穿戴計算機的軍事應用[J].科學與信息管理，2014（4）：392-397.

[5]燕莉，周曄，侯豫.美軍正將穿戴式計算機引入實戰[N].科技日報，2014-6-10（8）.