民航領(lǐng)域HUD技術(shù)淺析

劉小磊

摘 要：本文介紹了HUD技術(shù)在軍事領(lǐng)域的產(chǎn)生，并在汽車、民航領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)民航領(lǐng)域的HUD相關(guān)技術(shù)作了說(shuō)明，闡述了HUD與其它航行新技術(shù)的結(jié)合及發(fā)展。

關(guān)鍵詞：HUD 民航 航行新技術(shù)

中圖分類號(hào)：V24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0228-01

HUD（Head-Up Display）即平視顯示系統(tǒng)。它將重要的飛行信息投影在外部世界的視像上。HUD能顯示基本的飛行信息（飛行參數(shù)、姿態(tài)信息、能量狀態(tài)、導(dǎo)航信息等），同時(shí)還能顯示特殊的告警信息（擦機(jī)尾余度、TCAS安全區(qū)、迎角限制等）。它使得飛行員在飛行中，無(wú)需低頭俯視儀表，就可以從視野前方的組合器中，獲取所需的信息。從而增加飛行員的情景意識(shí)，減輕機(jī)組工作負(fù)荷，提高飛行員操縱的精確性，對(duì)提高飛行品質(zhì)和飛行安全具有重要的意義。同時(shí)，提高全天候運(yùn)行能力，大大提高航班的準(zhǔn)點(diǎn)率。因此，該技術(shù)也是中國(guó)民航在近、中、遠(yuǎn)期規(guī)劃中，擬推廣的重要技術(shù)之一。

1 HUD發(fā)展簡(jiǎn)介

HUD技術(shù)來(lái)源于軍工，該技術(shù)的發(fā)展大大提高了軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)效能?，F(xiàn)在該技術(shù)也逐漸從軍工走向民用。特別在民航領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用。

1.1 HUD在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

HUD演變于二戰(zhàn)之前，軍機(jī)上采用無(wú)視差光學(xué)瞄準(zhǔn)技術(shù)的反射瞄準(zhǔn)鏡。其早期的型號(hào)，首先將一些基本信息添加到反射瞄準(zhǔn)鏡中，比如：在陀螺瞄準(zhǔn)器中投影飛機(jī)空速和轉(zhuǎn)彎率，從而改進(jìn)十字線的瞄準(zhǔn)，使操作手能精確地打擊移動(dòng)目標(biāo)。隨著該技術(shù)的進(jìn)步，更多的信息被加入反射鏡中。后續(xù)的HUD甚至可以顯示根據(jù)飛機(jī)的空速和迎角，計(jì)算后的射擊方案，極大地提高了空戰(zhàn)中飛行員的射擊精度。

早期投彈瞄準(zhǔn)器與現(xiàn)在HUD上的飛行航跡視覺(jué)指引類似——將人機(jī)交互界面整合。

目前HUD技術(shù)，廣泛用于軍用飛機(jī)。特別對(duì)于戰(zhàn)斗/攻擊機(jī)而言，HUD除了為飛行員顯示提供常規(guī)的飛行參數(shù)、姿態(tài)信息，最重要是與火控系統(tǒng)結(jié)合，大大提高了作戰(zhàn)效率?，F(xiàn)在軍事領(lǐng)域的HUD技術(shù)，正朝著HMS（Helmet Mounted Display頭盔顯示系統(tǒng)）發(fā)展，即將所需的飛行信息、火控信息等，可以直接投射顯示在飛行員頭盔前方的玻璃鏡上。

1.2 HUD在汽車行業(yè)的應(yīng)用

1988年，HUD第一次以選裝的安全配置出現(xiàn)在通用車型上?，F(xiàn)在越來(lái)越多高檔車型采用HUD，例如BMW：投射半透明影像在駕駛員視線前2米位置（無(wú)需視覺(jué)焦點(diǎn)從路面到投影間轉(zhuǎn)換），信息采用全色彩顯示（根據(jù)信息重要性分類，用不同色彩標(biāo)記），顯示參數(shù)除了常規(guī)的速度、轉(zhuǎn)速、油量等外，結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行路面實(shí)時(shí)領(lǐng)航信息，并有行人告警，還可與夜視系統(tǒng)整合。BMW聲稱HUD可使平均行駛速度比無(wú)HUD快50%。

1.3 HUD在民航領(lǐng)域的應(yīng)用

在1987年，阿拉斯加航空首次將其用于民航載客飛行，其機(jī)隊(duì)的23架波音727-200型運(yùn)輸客機(jī)裝備HGS，為IIIA類標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行提供手動(dòng)著陸解決方案。解決了在復(fù)雜地形和天氣條件下的航路及機(jī)場(chǎng)的飛行安全問(wèn)題。

2 民航領(lǐng)域HUD相關(guān)技術(shù)

民航領(lǐng)域，HUD技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。它與其他航行新技術(shù)結(jié)合，可進(jìn)一步提高飛行員的狀態(tài)感知能力，使得航空器在更低的標(biāo)準(zhǔn)下可運(yùn)行。下文就列舉了民航領(lǐng)域，與HUD結(jié)合的航行新技術(shù)。

2.1 HGS（Head-up Guidance System）平視引導(dǎo)系統(tǒng)

羅克韋爾·柯林斯公司研發(fā)的HUD系統(tǒng)的注冊(cè)商標(biāo)。將關(guān)鍵信息投影到外部世界視像上，在整個(gè)飛行階段為飛行員提供飛行指引，其特點(diǎn)是：（1）顯示符號(hào)聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。（2）符號(hào)與外部世界的視像完全疊加（無(wú)需視覺(jué)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換）。（3）提供相應(yīng)的飛行指引（著陸及滑行、低能見(jiàn)度起飛、拉平指引等）。

2.2 EVS（Enhanced Vision System）增強(qiáng)視景系統(tǒng)

利用一種電子方式，向航空器駕駛員提供經(jīng)傳感器產(chǎn)生的或增強(qiáng)的外部環(huán)境圖像（例如：毫米波雷達(dá)、FLIR紅外前視儀等）。

2.3 EFVS（Enhanced Flight Vision System）增強(qiáng)飛行視景系統(tǒng)

利用一種電子方式，通過(guò)使用圖像傳感器，例如：前視紅外線（FLIR）、毫米波輻射測(cè)量技術(shù)、毫米波雷達(dá)或微光圖像增強(qiáng)，把前向的外部環(huán)境的地圖提供顯示給駕駛員（該地形圖顯示區(qū)域內(nèi)的自然或人工障礙物，包括它們的相對(duì)位置和標(biāo)高）。

2.4 SVS（Synthetic Vision System）合成視景系統(tǒng)

利用機(jī)載的地形數(shù)據(jù)庫(kù)，以計(jì)算機(jī)生成的3維地形和障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)形成的虛擬視景。它多數(shù)呈現(xiàn)在下顯上，并與GPS精密導(dǎo)航系統(tǒng)相連，為飛行員提供了飛機(jī)外環(huán)境的描述，并以“空中高速路”的管道方式引導(dǎo)飛行的航路。

該系統(tǒng)不僅可與地形回避告警系統(tǒng)（TAWS）、空中交通防撞系統(tǒng)（TCAS）接口，還能與提供告警和提示，甚至與近似于實(shí)時(shí)的氣象信息數(shù)據(jù)鏈相結(jié)合。該系統(tǒng)還能提供低能見(jiàn)度條件下的滑行和起飛導(dǎo)引。

SVS與EFVS的區(qū)別在于：“增強(qiáng)視景系統(tǒng)（SVS）是通過(guò)一種電子方式，為機(jī)組顯示外部地形場(chǎng)景”SVS圖像是計(jì)算機(jī)生成，并非外界“實(shí)時(shí)”圖像（EVFS是“實(shí)時(shí)”圖像）需要地形及障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)，并需要精確的導(dǎo)航解決方案（實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置與數(shù)據(jù)庫(kù)精確疊加）。

3 結(jié)語(yǔ)

HUD技術(shù)作為一種航行新技術(shù)，來(lái)源于軍工，并引入到民航領(lǐng)域。是未來(lái)中國(guó)民航主要推廣的航行新技術(shù)之一。它的引入將提高飛行員的情景意識(shí)和飛行品質(zhì)，促進(jìn)運(yùn)行安全；同時(shí)也提高民航的全天候運(yùn)行能力，減少航班延誤。這對(duì)航班密集、運(yùn)行條件復(fù)雜的中國(guó)民航來(lái)說(shuō)，將會(huì)帶來(lái)豐厚的運(yùn)行收益。

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