| 标题 | 人机交互设计在军用雷达软件的应用分析 |
| 范文 | 陈雨薇+张庆龙 摘要：军事武器装备对于可靠性、稳定性和安全性的高要求；对雷达操作人员熟练度的惯性依赖；以及因为雷达系统本身操作的复杂性，使得军用雷达领域人机交互体验还停留在传统的用户界面水平。用户界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。如果军用雷达的用户界面不能简单、直接地传递必要的操作信息，向雷达操作员呈现直观、高效的反馈信息，则会影响雷达系统的工作效率与效果。 关键词：人机交互；设计；军用雷达；软件；应用 中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0192-02 人机交互（Human-Computer Interaction，HCI）是研究人、计算机以及它们间相互影响的技术。随着信息技术的飞速发展，人机交互技术在主流商业软件与日常应用中日趋精准、精细、精致，表现形式丰富多样：例如计算机系统的拟人化（如Apple SIRI，Google Echo等）、虚拟现实的应用（如VR眼镜等）、计算机的微型化（如胶囊机器人等）、随身化（如智能手表、手机等）和嵌入化（如智能家电等）。当前虚拟现实、大数据、人工智能等飞速发展，不仅对人机交互技术提出了新的挑战以及更高的要求，而且也为人机交互技术提供了更多新的机遇。在未来的军事装备领域研究当中，新一代人机交互的发展趋势将会以人为中心，以交互自然、高效为主要目标。 1 人机交互的设计原则 一个出色的人机交互界面应该以人为本，从用户的角度出发，结合具体工作环境及模式进行设计。一个优质的、吸引人的人机交互方式或用户界面除了能够使用户更快地适应并学会使用系统设备之外，还能增强系统设备的使用效率，从而增加用户对系统设备的粘性。经过精心设计的用户界面可以充分利用系统设备的整体资源来满足用户与设备之间的人机交互。综合来看，人机交互软件界面设计原则主要有用户体验设计原则、界面一致性设计原则以及美学完整性原则。一个尊重用户体验，符合设计一致性以及美学完整性的交互界面，能够让用户在最短的时间内完成其需要执行的操作，是灵活高效的界面设计。 1） 用户体验设计原则 用户体验设计原则强调以终端用户为中心进行设计。通常，系统的适用对象可以分为专业用户和普通用户两类。系统在设计时必须对用户类型进行定位和区分，对用户的需求进行挖掘，对使用场景进行模拟，尽力迎合用户的使用需求从而获得最佳的使用效果。 例如，BI（Business Intelligence）软件可能根据具体需求对不同层次的管理人员和工作人员呈现商务报告。管理人员与普通工作人员之间在关注的内容和层次上存在较大的差异。前者可能需要宏观的结果，而后者需要更多具体的、有针对性的数据。 2） 一致性设计原则 软件的设计解决方案和风格通常具有高度的一致性。这种一致性在界面外观上主要体现于：布局、信息显示、色彩和画面风格上；从交互方式上主要体现于：工作流程、操作方式等方面。一致的设计风格可以让用户在基于过去使用同类软件的基础上，在较短的时间内快速掌握软件的使用技巧以及使用方法。用户在心理上对一种风格的认同有利于品牌的建立与品牌整体性的维护。例如一个手机APP的后续产品或相关应用与前序产品设计特性保持一致，用户在掌握第一种软件的操作方式之后便可快速入門其他几种相关软件。 3） 美学完整性原则 美学完整性并不是用来衡量一个交互设计界面的美观程度，而是用来衡量交互设计的界面是否匹配其功能。简单来说，高光、大号字体、左上角位置（取决于阅读顺序）等方式都可以用来突出指定任务与功能。交互设计师可以通过应用程序的界面传达一个清晰和统一的信息给用户，让用户懂得应用程序的目的甚至是操作的顺序与重点。 2 军用雷达用户界面设计的现状 军用雷达的研发与应用是一个具有长期性复杂性的系统工程。作为人机交互的主要入口，显控终端承担了不可估量的任务。雷达控制指令的下达、任务的执行情况、目标信息的反馈等，都需要通过显控终端来实现。 早期的雷达显示界面过于单调。同时由于功能复杂，组成元素众多，各种操作接口不易查找，操作员需要花费时间熟悉界面，进行专业培训。而雷达繁多的参数信息设置及显示、目标信息如点迹航迹的反馈，进一步导致交互界面的设计难以友好。 现在，随着硬件的发展以及软件技术的日趋成熟，整个雷达软件的工作效率得到了极大的提升，雷达软件化已不再是一句空口号。但是国内雷达显示软件的设计弊端却依然没有得到很好的改善。下面将从用户体验设计原则、一致性原则以及美学完整性原则三个方面对国内军用雷达软件的用户界面设计进行讨论分析。 1） 用户体验设计原则 如今，主流的商用软件、日常应用都将用户体验作为重要的考量内容。软件在开发设计时会针对具体的终端用户进行裁剪定制。例如女性用户众多的软件或者手机APP，色彩使用更倾向于粉色系；而一般的企业ERP软件的整体设计则更加严肃，避免出现造型可爱的标志等。 军事武器装备的终端用户主要为部队军官、士兵。雷达软件的终端用户主要为专业的雷达操作员。在雷达研发工作早期，因为技术的限制，不得不提高对使用人员的要求，雷达操作员需要经过一系列的培训。但是现在，在有了商用软件繁多的成功案例之后，军用雷达软件的开发依然没有将终端用户的体验纳入到软件设计中来，甚至有时会因为设计工作不足而导致的雷达操作复杂度提高。 2） 一致性设计原则 军用雷达在设计解决方案和风格时确实具有高度的一致性。尤其是同一家研究机构的雷达软件用户界面，即使是不同型号的雷达之间也体现出了高度一致的设计风格，可以让用户在较短的时间内掌握软件的使用方法。甚至于不同研究机构的军用雷达软件，这种通用性有时也客观存在。但是，这种输入输出界面设计的一致性并不是基于对用户需求具有深刻的理解，而只是对传统的延续。在实际应用时，一致性设计原则应该贯彻到软件的每一个层面，保证软件开发的概念模式能够得到很好的落实。但在雷达系统的研发过程中，往往着眼于信号处理模块、成像算法或者硬件提升上，而忽略了在显示界面的技术更新、升级以及对人机交互设计的思考，使得不同型号的雷达阴差阳错符合了一致性设计原则，有着相似的界面与操作。 3） 美学完整性原则 在雷达用户界面的设计上，美学完整性原则似乎没有得到很好的体现。通常，军用雷达的参数设置庞杂，反馈信息多样。且其开发模式多为瀑布型，用户界面设计人员对于各种参数的排布更倾向与基于成熟的技术协议，而非衡量交互设计的界面与功能是否匹配，较少考虑整个界面是否传达了一个清晰和统一的信息给用户。 而正是因为雷达软件用户界面的开发在设计时较少考虑到用户体验、发掘雷达操作员的需求、美学完整性意识欠缺，使得雷达操作员在实际操作雷达的过程中会被可能产生的甚至是相互矛盾的信号所困扰，进而影响了雷达的使用效率。 3 军用雷达用户界面现状的分析 国内雷达软件人机交互界面设计的现状主要是三个方面导致的：第一，在于武器装备对于可靠性、稳定性以及安全性的硬性要求；第二，是因為界面设计人员对于雷达操作员熟练操作的惯性依赖；第三，是雷达操作使用的客观复杂性。 武器装备的设计多为战争应用，杀伤性武器装备的精确度要求极高，极小的操作失误或者是细微的精度差别，都可能造成极大的打击偏差，从而导致财物损坏甚至人员伤亡。除此之外，军用武器装备的研发成本很高，以雷达为例，除了传统的地面雷达外，还有舰载、机载、球载、弹载以及星载雷达。平台的约束与限制，以及在实际操作中对于打击目标的消耗，这些都要求军用武器装备系统的研发和使用具有极高的可靠性、稳定性以及安全性。这种对于可靠性、稳定性与安全性的极致追求也让雷达软件系统的设计人员往往忽视了系统终端使用人员的人机交互质量。 早期雷达因为技术的限制，对雷达操作人员有着很高的要求。现在，软件界面设计整体能力提升，但是雷达的用户界面设计却依然停留在较早的阶段。雷达操作的正确性与效率依然依赖雷达操作员的经验与技能熟练程度。当商用软件开发开始提供越来越多诸如交互设计师、用户体验设计师这样的职位时，雷达软件的用户界面要求水平却依然保持为“可用”，缺少对于“易用”、“好用”的思考。 再者，雷达使用环境复杂，例如机载雷达的目标可能是对海、对地、对空，既可能有动目标，也会有静止目标。雷达操作员需要根据具体环境具体任务进行参数设置，如图1所示。并在搜索过程中进行参数调试、目标选取和目标跟踪。这些参数包括带宽、时宽、采样深度、采样频率等等，从十几个参数到几十个参数都有可能。雷达反馈的信息数量也相当庞大，例如点航信息。其中点迹信息可能包括原始点迹和凝聚点迹，航迹信息可能包括虚假航迹、目标航迹等。雷达操作员需要根据目标特性和经验进行点迹凝聚，删除虚假航迹，选择目标航迹或者进行航迹的人工起始等工作。因此，雷达系统操作的实际复杂性也加大了实现人机友好交互的难度。 4 建议及意见 针对当前雷达软件的用户界面设计的弊端，本文给予以下建议。 软件开发人员在设计用户界面的时候应该将雷达操作人员纳入考虑范围，思考人机交互的方式，提升用户界面的质量。而不是在设计出操作复杂的界面后寄希望于雷达操作员的训练有素。 雷达参数及反馈信息的布局应当独立于技术协议之外，突出重点，合理排布。技术协议的制定往往受制于硬件要求、系统设计以及模块交互等因素，例如技术协议中参数的顺序未必是面向实际操作的，因此在实际操作界面中，参数应当根据具体情况合理布局，而不是机械照搬技术协议。 军用雷达人机交设计也可以参考主流商业软件的优缺点，睁眼看新技术，着手用新设计，为我国未来雷达产业的发展提供崭新的一面。 5 结束语 本文对人机交互设计的一般准则进行了详细的论述，并对军用雷达的用户界面设计现状进行了分析与讨论。雷达软件交互界面设计的现状主要是三个原因导致的：第一，在于武器装备对于可靠性、稳定性以及安全性的硬性要求，使得雷达系统开发忽视了交互界面的友好；第二，是因为界面设计人员对于雷达操作员熟练操作的惯性依赖；第三，是雷达操作使用的客观复杂性。最后本文对军用雷达人机交互设计提出了建议与意见。 对于雷达系统，加强对硬件的设计、提升算法质量当然是主流的研究方向，但是通过提升雷达操作员的使用感与效率，将他们的注意力从复杂的操作中解放出来，投入到对于目标点迹航迹的关联、对于虚假航迹的判断与排除、对于目标航迹的关注上也是提升雷达整体工作效率的一个重要途径。在未来的雷达系统中，人机交互技术必然会发挥越来越重要的作用。 参考文献： [1] 朱诗生，张惠珍. 人机交互软件界面设计[J]. 信息技术，2009，33（5）：36-39. [2] 曾凌洋. 基于嵌入式计算机的雷达显控终端设计[D].电子科技大学，2005. [3] 周丽明. 软件化雷达显控终端的研究[D].大连海事大学，2011. |
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