現(xiàn)代傳感技術(shù)如何將“模擬士兵”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字士兵”

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國陸軍指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察中心（C5ISR）的Donald Reago博士在2021年美國國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)（SPIE）國防和商業(yè)傳感（DCS）數(shù)字會(huì)議中闡述了現(xiàn)代傳感技術(shù)如何將“模擬士兵（analog soldier）”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字士兵（digital soldier）”。

美國陸軍C5ISR的代理主任Donald Reago博士

“數(shù)字信息時(shí)代的戰(zhàn)爭感知”議題成為2021年美國國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)（SPIE）國防和商業(yè)傳感（DCS）數(shù)字會(huì)議的焦點(diǎn)。Donald Reago博士是美國陸軍C5ISR的代理主任，該中心隸屬于美國陸軍未來司令部的作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（DEVCOM）。

Reago博士主要負(fù)責(zé)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目的指導(dǎo)工作，該項(xiàng)目年度預(yù)算達(dá)2億美元，擁有470名研究人員，項(xiàng)目技術(shù)范圍涵蓋內(nèi)部研究和合作研究，并支持美國陸軍和聯(lián)合軍種的各類項(xiàng)目。

本次演講主要探討了戰(zhàn)爭中的傳感技術(shù)，涉及非對稱威脅、多領(lǐng)域作戰(zhàn)、指揮和控制層的感知以及其對信息處理和網(wǎng)絡(luò)的需求。演講中，Reago博士也考量了新型傳感器和軍事所需的“SWAP-C”（尺寸、重量、功率及成本）因素。

Reago博士表示：“現(xiàn)代戰(zhàn)爭中存在許多不同傳感應(yīng)用：從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和目標(biāo)感知系統(tǒng)，到物理安全監(jiān)測和地雷探測，都會(huì)利用攝像頭等傳感器提供對作戰(zhàn)人員執(zhí)行相關(guān)任務(wù)有用的信息?！?br />
如今，“尋找目標(biāo)”的問題讓軍隊(duì)倍感壓力！在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，目標(biāo)越來越難找到；我們的潛在對手或競爭對手已經(jīng)意識(shí)到，如果自己能被感知到，那么很可能會(huì)被滅殺。因此，針對隱藏目標(biāo)的方法研究越來越多，這使得目標(biāo)更加難以被發(fā)現(xiàn)。

因此，陸軍的目標(biāo)是首先打贏感知信息戰(zhàn)。這將使陸軍能夠果斷行動(dòng)并戰(zhàn)勝威脅，傳感器和信號處理是提供信息技術(shù)的關(guān)鍵要素。

模擬士兵 vs. 數(shù)字士兵（先進(jìn)的傳感技術(shù)使得“數(shù)字士兵”成為可能）

“數(shù)字士兵”是什么？

隨后，Reago博士在演講中講述了現(xiàn)代傳感器和相關(guān)處理技術(shù)是如何將作戰(zhàn)人員從“模擬士兵”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字士兵”。

“數(shù)字士兵”從配備頭戴式顯示器開始，它可以顯示所有類型的戰(zhàn)爭信息。作戰(zhàn)人員需要數(shù)字傳感器為其提供夜間成像功能，因此數(shù)字熱成像傳感器可為頭戴式顯示器提供相關(guān)夜間信息。當(dāng)裝配在武器上的傳感器與抬頭顯示器相連時(shí)，信息即可自動(dòng)投影至頭戴式顯示器，從而加速尋找并打擊目標(biāo)的能力。

目前，數(shù)字士兵既能夠數(shù)字化報(bào)告信息，也能夠數(shù)字化獲取信息。因此，從某種意義上講，數(shù)字士兵成為了一種與坦克或直升機(jī)類似的武器平臺(tái)。我們可以將數(shù)字士兵與這些武器平臺(tái)聯(lián)系起來，建立起一支數(shù)字化、緊密結(jié)合的作戰(zhàn)小隊(duì)——這也可以承擔(dān)武器系統(tǒng)的角色。

軍事領(lǐng)域?qū)π滦蛡鞲衅鞯男枨?br />
擺在Reago博士團(tuán)隊(duì)面前永久的研發(fā)挑戰(zhàn)之一，就是新型且更加優(yōu)異的傳感器?！叭缃?，我們正在構(gòu)建的項(xiàng)目類型必須更加復(fù)雜，必須將新型傳感器與用于生成數(shù)字信息的算法相匹配。”Reago博士表示。

接下來面臨的挑戰(zhàn)可能是社會(huì)中大多數(shù)人都非常熟悉的事情：成像像素?cái)?shù)量的爆發(fā)式增長。這些態(tài)勢感知應(yīng)用需要大量的像素?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)我們考慮實(shí)現(xiàn)360°感知應(yīng)用、期望了解周遭世界的一切時(shí)，像素的數(shù)量群會(huì)迅速增長。

紅外熱成像仍然是夜間感知的最佳方法，并且全天候適用。在非制冷紅外傳感技術(shù)方面，我們的研究持續(xù)取得令人振奮的進(jìn)展。我們發(fā)現(xiàn)，從目前最小的系統(tǒng)到數(shù)百萬像素的紅外熱成像攝像頭陣列，格式尺寸持續(xù)增大，但隨著像元的不斷縮小，其動(dòng)態(tài)范圍也在不斷提升。

紅外熱成像能力、趨勢和挑戰(zhàn)介紹

軍事領(lǐng)域的傳感技術(shù)趨勢

接著，Reago博士討論了非制冷型、制冷型紅外傳感器以及數(shù)字讀出技術(shù)的特性。

在美國陸軍和國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）的支持下，非制冷型紅外傳感技術(shù)在不斷進(jìn)步，該技術(shù)在諸多軍事應(yīng)用中均適用。由于其成本優(yōu)勢，我們需要繼續(xù)推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，將其應(yīng)用到盡可能多的場景中。

制冷型紅外傳感技術(shù)在規(guī)格尺寸方面也有著類似的改進(jìn)，如數(shù)百萬像素陣列如今也屬常規(guī)配置，像素尺寸越做越?。灰虼?，我們看到了從單波段成像儀到多波段成像儀，甚至多光譜或高光譜成像儀的重大發(fā)展。

近些年，新出現(xiàn)的技術(shù)主要指數(shù)字讀出技術(shù)，數(shù)字讀出技術(shù)才是未來信息戰(zhàn)的推動(dòng)因素之一，究其原因在于，管理傳感器輸出的龐大數(shù)據(jù)量是非常困難的。

而隨著技術(shù)的發(fā)展，我們很可能會(huì)在未來十年實(shí)現(xiàn)：大多數(shù)傳感器系統(tǒng)均將基于底層的數(shù)字讀出架構(gòu)。即使與十年前相比，這也是一個(gè)巨大的改變。

本次演講討論的最后一項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域就是“信息處理”。例如，當(dāng)我們開始在車輛周圍安裝數(shù)百萬像素的成像傳感器時(shí)，其信息處理量已突破了商用處理技術(shù)的極限；這樣可能會(huì)壓垮平臺(tái)中光纖數(shù)據(jù)總線，并超過商用處理器的最大容量。因此，仍然需要在信息處理過程做出改進(jìn)。

總結(jié)

“正如我所看到的，這些開發(fā)工作還是讓我感到有些震驚。我們的技術(shù)也正朝向人工智能（AI）助手的方向發(fā)展，這就好像在其中增加了一名工作人員，而非那種圓頭可愛的機(jī)器人?！盧eago博士表示，“雖然，早期AI助手的功能比較簡單，但它將直接向工作人員提供可操作的信息或情報(bào)，同時(shí)保持時(shí)刻觀察環(huán)境、理解并提供戰(zhàn)場動(dòng)態(tài)?！?br />
在接下來的十年中，我們將實(shí)現(xiàn)對傳感器和處理平臺(tái)的思維方式的轉(zhuǎn)變，這將顯著提升我軍的作戰(zhàn)能力。我們正處于數(shù)字信息時(shí)代，商業(yè)世界完全融入其中；軍隊(duì)至少在戰(zhàn)術(shù)領(lǐng)域，正在迎頭趕上，這似乎已成為未來的發(fā)展趨勢。

這將對信息感知、處理和共享提出非常高的要求，也是我們成功與否的關(guān)鍵決定因素。未來，傳感和處理技術(shù)將會(huì)有很大的進(jìn)步，我們在SPIE中所討論的技術(shù)，也將在未來軍隊(duì)中得以實(shí)現(xiàn)。

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