F-35戰鬥機頭盔顯示系統（HMDS）

F-35戰鬥機的第三代頭盔是世界上最先進的頭盔顯示系統(HMDS)，首次使用了虛擬成像技術，可以直接將畫面投射到駕駛員的面罩之上，配以計算機的處理運算技術，真正實現了“實時呈現”的能力。

F-35戰鬥機頭盔

HMD技術的發展

在航空領域，“情景感知”對於飛機駕駛員來說是非常關鍵的，一般情況下，飛行員必須不斷監測和評估飛機舷窗外部情況、各種儀器儀表資料、聲音等多方面資訊，綜合處理後完成精確、安全的駕駛、導航和對飛行不同狀況作出相應的操作，如果是戰鬥機駕駛員，與任務相關的戰術資訊也必須被考慮進去，這就需要一個綜合的資料顯示工具來整合這些資訊，將它們準確、快速的展示在駕駛員眼前。

HUD

抬頭顯示器(HUD)首先被應用在戰鬥機上，它在緊湊的螢幕上整合飛行資料資訊，飛行員據此可以快速掌握他們所需要的資料，而無需向下低頭檢視儀表板了，但也僅限於顯示裝置資料而已。

1961年，第一批軍用作戰HUD被用於向戰鬥機駕駛員提供關鍵的飛機執行和目標資訊，最早使用的HUD系統為陰極射線管螢幕技術（CRT），CRT螢幕由於成本相對較低和壽命較長，目前仍在一些飛機上使用。

HUD、HMD

隨著導彈技術的出現，戰鬥機飛行員需要能夠“看到更遠”的目標，第一批作戰HMD出現在20世紀70年代，它主要為滿足空空導彈的大離軸角瞄準發射需要而開發，在21世紀初，工程師們將HUD技術整合到HMD中，並從那時起兩項技術合併開發，這也就是我們現在常見飛行員頭盔。

戰鬥機頭盔的設計及要求

第三代戰鬥機駕駛員頭盔關鍵部件包括頭盔本身(保護飛行員的頭部)、主動降噪耳機、夜視攝像機、顯示面罩、顯示單元、將影象和符號投影到顯示面罩上的電子元件，以及顯示管理計算機(DMC)等。

駕駛員佩戴的頭盔

它有著一套獨特的設計要求：

必須有承受飛機機動時的過載的能力，最低標準為8個G。顯示面罩必須要“絕對”清楚，以便於飛行員準確判讀。

顯示效能的設計要求包括：

具備雙目、高亮度、寬視場的“顯示器”；顯示的影象必須是全方位、高精度的；低延遲；具備360°夜視能力。

同時，除上述幾點之外，還必須要求飛行員佩戴時有舒適的感覺，這也就要求：

頭盔重量必須要輕，以儘量減少駕駛員疲勞感覺；一旦發射意外，彈射時速度達到550節時，必須能夠保證飛行員頭部安全。具有一定的防彈能力。F-35戰鬥機的HMDS

F-35頭盔顯示系統(HMDS)是世界上最先進的雙目HMDS，它的綜合頭部顯示器是第一個向飛行員提供他們需要的所有關鍵資訊的頭盔，由羅克韋爾·柯林斯公司開發研製，造價高達30-40萬美元左右。

造型相當“科幻”

碳纖維的使用

為了製造出最先進的F-35頭盔，柯林斯公司的研究人員不得不應對許多挑戰。

首先，他們需要將相當於兩個重約13公斤的HUD安裝到頭盔上，在頭盔重量方面，系統的總重量需要小於2.2千克，為了做到這一點，頭盔內使用的光學和電子學元件被小型化，同時大量使用新型複合材料碳纖維，在最小的厚度和重量的前提下，碳纖維可以提供給頭盔足夠的強度和韌性。

F-35內駕駛員

F-35頭盔設計者們需要將完整的HUD系統完整的“塞入”到頭盔和麵罩之間狹小的區域內，為了做到這一點，他們開發了一個非常複雜的帶有多個感測器的頭部跟蹤系統，使用了最為尖端光學技術，完美的將頭部顯示器(HUD)、頭盔顯示器和遮陽投影夜視系統整合在一個小小的頭盔內。

安全效能

安全效能同樣是一個硬指標，F-35頭盔設計團隊在研發時，除了需在可視技術上有所突破之外，還必須滿足所有的頭盔安全效能和重量要求，以保證駕駛員的生命安全。

為了支援頭盔及其所有部件的設計和製造，羅克韋爾·柯林斯公司開發了一個全球性的專業供應商網路，並使用複雜的測試裝置來驗證品質和效能。

HMDS不是一個獨立的裝置，它只是F-35戰鬥機的一部分，HMDS與頭盔跟蹤/發射單元(HTU)整合在一起，該單元跟蹤飛行員的頭部運動，以確保所顯示的攝像機影象和其他資料可以準確呈現在飛行員的視線之內。

適合任何駕駛員的頭盔自定義系統

F-35的頭盔佩戴也有一定的講究，並非是很多人共用一個頭盔，而是每一位駕駛員都有自己的專屬頭盔（或者說是專屬內襯），這完全是根據駕駛員的生理特點而量身打造的。

每一位駕駛員都有自己的專屬頭盔

在製作過程中，頭盔的基線設計必須適用於所有飛行員，顯示單元必須是可調整的，能夠適應多個光學感測器的安裝，保證對齊飛行員的眼睛，同時在頭盔內部加裝內襯墊自定義系統，讓飛行員的頭部與頭盔緊密結合。

頭盔內襯墊的自定義系統是一款適應飛行員頭部不同生理特點的頭盔修正裝備，它需要根據駕駛員頭部的特點進行測量和調整，包括鐳射掃描飛行員的頭部，以確定瞳孔位置、確定頭盔的大小，然後，定製模具墊被碾磨到頭盔內，確保頭盔與飛行員頭骨的緊密契合，然後所有的顯示單元位置被調整到與駕駛員的瞳孔相匹配的位置。

夜間起降

最後，所有單獨的元件被組裝，HMD經過功能測試，進一步調整顯示器與飛行員眼睛之間的最佳距離，例如，關鍵符號必須投影在顯示器相對於飛行員的視野內的最佳位置。

F-35 HMDS的投影顯示器具有以下功能：

30°×40°寬視場，重疊100%；在夜間情況下，影象由hmd直接投影，無需單獨使用夜視鏡；飛機效能資料和所需的任務符號是結合在一起的；視距跟蹤，它使飛行員能夠通過觀察和指定目標來瞄準；頭盔跟蹤系統與飛行員的視線相對應，採用基於自動協調和自動對準演算法的複雜輸入輸出的磁跟蹤和慣性跟蹤方式；還包括具備用於視訊彙報的記錄能力。飛行員的視野

一旦飛行員戴上頭盔進入F-35戰鬥機的駕駛艙，所有的飛機資料和影像資料全部實時傳送至駕駛員眼前，從飛行員的角度來看，整個世界將以他為中心，正前方為“視覺中樞”，頭轉至兩側為“離軸”範圍。

F-35的相機系統所覆蓋的範圍資料將在頭盔顯示器上完整呈現，這大大超出了駕駛艙窗外視野的範圍，例如，飛機側面和下面的攝像機提供的實時視訊可以顯示整個飛機360度的視角，這使得飛行員能夠實時地看到飛機下面和周圍的情況。

俯視F-35駕駛艙

同時，紅外(IR)相機捕獲補充的外部影象，用於夜視和其他低能見度情況，所有這些可視資料都可以顯示在頭盔視盤的顯示螢幕上，並與標準符號一起顯示，以供飛行員參考。

出擊

資料延遲“不存在”

延遲問題表現在顯示影象對飛行員頭部運動反應的輕微延遲，很可能導致飛行員暈厥並阻礙他們對周圍環境的感知，因此確保頭盔顯示的低延遲是至關重要的，不過在美國空軍看來，這在F-35飛機頭盔上根本不存在這個問題，因為在夜間飛行時，飛行員幾乎完全依賴於HMD的夜視功能，很少或者根本不需要使用外部視覺系統輔助，顯示影象無資料“競爭”，自然延遲問題就不存在了。