[科普中国]-美军集成视觉增强系统为何会成为未来战场“必备”？

2021年7月22日，美国参议院军事委员会高票通过了2022财年国防预算申请。预算中包含了购买2.9万套集成视觉增强系统（Integrated Visual Augmentation System，IVAS）的费用。作为美军未来单兵系统的一部分，集成视觉增强系统自然被寄予厚望。它有望实现防护、夜视、导航、精确定位以及敌我识别多种功能的有效统一，从而提高步兵的战场态势感知能力。目前，集成视觉增强系统的单价为2.9万美元，未来的大规模采购，会使得这个价格进一步降低。

IVAS项目最早可以追溯到2019年，旨在满足美国陆军2018年度《国防战略》对部队近距离战斗的能力需求。IVAS项目整体由美国陆军未来司令部牵头设计，微软公司负责具体研制工作，项目经费6.4亿美元，2021年3月26日，美国国防部与微软公司共同签署了价值218.8亿美元的采购合同，按照计划，微软公司将在接下来10年内为美军生产12万套集成视觉增强系统。整个系统基于混合现实（Mix reality，MR）技术开发，相比于MR技术，IVAS系统将多种优点集于一体，在带给士兵更强大夜视功能的同时，也可将数据投射至其视野中，增强士兵感知态势的能力。

据美国ABC新闻频道的报道，IVAS系统衍生自微软HoloLens AR头显开发，却又超越了AR头显只能在用户视野内叠加平面信息的单一功能。全套IVAS系统将由头部组件、可背负式单兵计算机、交互系统以及三片舒适穿戴电池组成。IVAS系统实现了夜视仪、RGB镜头、深度镜头以及眼球追踪镜头的整合。区别于集成了电池计算机等设备、全重580克的微软HoloLens系统，IVAS系统的头部组件将仅由护目镜和传感器组成，计算机、舒适穿戴电池等重量较大的设备则分散于身体的可穿戴组件上，从而避免了重量集中于头部的困扰，更有利于单兵执行作战任务。舒适穿戴电池还可以配合防弹插板共同插入防弹插板槽中，起到便于携带的作用。这款舒适穿戴电池克服了传统电池耗电速度快的缺点，在高寒等恶劣环境下依然可以保持长达8个小时的供电时间。舒适穿戴电池不仅可以为IVAS系统供电，还可为用户的其他用电器供电。IVAS的人机工效良好，整个系统的控制面板位于士兵胸部，面板外壳设置有“触觉参考点”，可以帮助士兵在无需观察的情况下就可正确地找到相关按钮。

与传统夜视仪不同的是，IVAS系统视野广阔，目镜视野可达80×40度。内置的抬头显示器可以显示实时位置、数字3D地图，这对于复杂地形条件下的作战非常有效。通过计算机的空间计算以及对战场的激光扫描，士兵可以借助显示器对于整个战场有着更好的感知。IVAS系统的头部组件还携带了摄像机，由摄像机采集的视觉信息可实时上传，以作为指挥部的参考信息。与依靠无线电通信的传统指挥手段相比，视觉信息更具冲击力，更能体现战场真实环境。交互系统不仅可以实现人与IVAS系统的交互，更可以实现各个IVAS系统的交互以及IVAS系统与中枢节点、不同武器装备的交互，从而实现物联网技术在战场上的应用。

（一）助力单兵作战

IVAS实现了士兵与轻武器装备的“无缝衔接”。例如，M4卡宾枪携带的瞄准镜所成图像可以经由蓝牙投射到IVAS系统内的显示屏上，使得士兵无需刻意贴近步枪即可精确瞄准，从而免除了士兵把脸靠在瞄准镜再进行锁定射击的步骤。在射击训练中，这项“黑科技”使得士兵在不暴露自己的情况下从转角和战壕等位置射击，最大限度地减小伤亡概率。IVAS系统所附加的热成像功能也广受称赞。当烟雾笼罩时，系统即可在热成像功能的帮助下自动规划导航路线，为迷雾中的战士提供路线指南。IVAS系统允许团队成员之间进行无缝交流，从而协调彼此的行动。它同时可以接收来自其他传感器的数据，例如显示已知的敌人或简易爆炸装置的位置。

（二）实现人车联动

IVAS系统也可与载具联动，实现战场的感知。2021年，美军在Lewis-McCord联合基地展开实验，探索IVAS系统与“斯崔克”轮式战车以及M2“布雷德利”步兵战车的有机衔接。以往的乘车作战中，乘车的步兵处在车辆这一封闭空间中，只能依靠潜望镜观察、车长观瞄镜查看、询问载具驾驶员等手段了解外部情况，无法对外界环境形成全面、有效的感知，对于潜在的遇袭风险更是一无所知。IVAS系统的到来，将从根本上改变这一点：通过遍布载具内外的传感器，步兵在载具上即可保持良好的指挥控制能力，同时经由载具传感器和IVAS系统的交互，步兵可以从视觉上直接感知载具外的全面状况。

随时更新的车外信息，使得步兵可以对即将到来的战场环境有着全面的了解，步兵不必冒险下车，在车内即可全面感知。在测试中，机械化步兵班轮流在“斯崔克”轮式战车以及“布雷德利”步兵战车上进行测试，他们接续地使用IVAS进行切换观看各角度摄影机画面、电力管理、测试通讯等各功能，并且让上下车作战变得更为容易，特别是车载步兵现在可以在IVAS系统上的抬头显示器上，透过车外的传感器获取360度视野的情况下，好比步兵已经亲身踏出车外一样，但实际上仍然有装甲的保护。

（三）协助教学训练

IVAS系统还可以用于教学训练任务。2021年8月25日，美国国防部宣布将在马里兰州阿伯丁试验场建设一个42000平方英尺的集成服务措施，为新技术的实验提供保障，其中之一便是IVAS系统组件的实际配套和测试。IVAS系统内置有用于指挥训练的相关组件——SiVT软件模块允许士兵在基于混合现实的合成环境中快速进行和重复小队级训练；并且允许作战人员快速方便地开发和修改训练场景，以适应特定的需求；ASA软件模块可以使得整个团队在虚拟环境中自主设置相关条件，以探索解决集成问题的相关方案，并为减轻士兵负载提供最佳解答；SPM软件模块可以采集战斗中士兵的相关数据，并同步至上级计算机以分析整个小队的实际战斗效果。IVAS系统还可以在演习中呈现模拟敌军火力，并将其叠加至真实环境中，在似梦似真的环境中模拟真实战场。

截至2021年2月，由微软和美军组成的IVAS项目团队已经收集了近8万个小时的士兵反馈，并且在疫情期间进行了为期6个月的4轮测试。除了现场测试外，IVAS项目团队还通过线上交流，并分享文件和数据。

作为一种基于民用AR技术发展而来的战场高科技，IVAS系统体现了数字化战争中个体对于战场整体态势感知的迫切需求。按照计划，第一批IVAS系统将于2021年第四季度投放给美军部队进行使用。从功能上看，IVAS整合了各类战场感知手段，体现了军民融合的“高大上”；IVAS为士兵提供更多信息，做好更全准备，极大地提升了士兵的安全性。然而，不少批评者也从可靠性、效费比等方面对IVAS系统提出了意见。困扰IVAS系统发挥其高效作用的是并不稳定的战场互联网以及不同种类设备之间存在的通信障碍，为此，美军正在开发专门用于IVAS系统的新型的高速自配置移动网络MANET。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署。 IVAS系统还存在抬头显示器分辨率不高、传感器易被遮挡、控制器容易损坏等难题，但以集成视觉增强系统为代表的智能化单兵设备，必将成为未来战场不可或缺的组成部分。

联合出品：科普中国 光明军事

作 者：郝泽澳 陈 曦