劉晨+王志良+吳成寶

摘要： 平視顯示系統(tǒng)（HUD System， Head-up display system）是一種以光電技術(shù)為基礎(chǔ)的新型航電技術(shù)，現(xiàn)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域。文中全面詮釋了HUD系統(tǒng)的組成與功能，并介紹了該技術(shù)在波音737型飛機(jī)上的應(yīng)用，闡述了新技術(shù)應(yīng)用下的維護(hù)特點(diǎn)。文章最后還指出了該技術(shù)的發(fā)展方向和展望。

Abstract： Head-up display system is a new type of avionics technology by taking electrooptical technology as the foundation， which has been widely used in the field of civil aviation. This paper explains the composition and function of HUD system， introduces the application of this technology in the Boeing 737 aircraft and expounds the characteristics of maintenance under the new technology. At the end of the paper， the development direction and prospect of the technology are also pointed out.

關(guān)鍵詞： 平視顯示器；光電技術(shù)；顯示系統(tǒng)

Key words： head-up display；electrooptical technology；display system

中圖分類號(hào)：V243.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）31-0122-03

0 引言

傳統(tǒng)的儀表指示系統(tǒng)，以波音737NG飛機(jī)CDS通用顯示系統(tǒng)為例，在布局上呈T字形結(jié)構(gòu)以集中飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)。在整個(gè)飛行過(guò)程，尤其起飛和降落期間，飛行員在操縱飛機(jī)同時(shí)，眼睛需要不斷地察看顯示器，又要不斷地觀察窗外，顯示器和窗外視景交替切換，容易產(chǎn)生瞬間視覺(jué)中斷。

平視顯示（Head Up Display，HUD）最早是應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)上的一項(xiàng)技術(shù)[1]，它將各種飛行參數(shù)和武器瞄準(zhǔn)信息等以字符和圖像的方式通過(guò)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，投影到飛行員眼中。飛行員只要保持直立坐姿，雙眼平視前方的HUD玻璃合成儀，就能實(shí)時(shí)觀察到飛機(jī)前方飛行環(huán)境，又能清晰地獲取大部分重要飛行信息，大大增強(qiáng)了飛行員情景意識(shí)和飛機(jī)狀態(tài)統(tǒng)籌能力。本文工作主要介紹該系統(tǒng)的組成和功能，介紹該技術(shù)在波音737飛機(jī)上的應(yīng)用和維護(hù)情況，并指出該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。對(duì)廣大機(jī)務(wù)工作者在進(jìn)行波音737飛機(jī)維護(hù)時(shí)提供一些參考建議。

1 波音737NG 平視顯示系統(tǒng)組成和功能應(yīng)用

HUD System平視顯示系統(tǒng)，基本組成如圖1所示，通過(guò)HUD計(jì)算機(jī)歸集飛機(jī)各系統(tǒng)重要飛行參數(shù)，處理發(fā)送到OHU頭頂投影裝置，轉(zhuǎn)換成單色光信號(hào)投射到前方的玻璃合成儀，同時(shí)，外界視景透射穿過(guò)玻璃合成儀，圖像疊加，形成帶飛行參數(shù)的視景合成體。

波音737NG HUD SYSTEM 平視顯示系統(tǒng)選裝單系統(tǒng)[2]，HUD裝在機(jī)長(zhǎng)一側(cè)，具體組成如圖2所示。

2 波音737NG 平視顯示系統(tǒng)顯示新特點(diǎn)

波音737NG平視顯示系統(tǒng)獲取了和傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)一樣重要的關(guān)鍵飛行參數(shù)[3]，如圖3所示，包括主飛行顯示PFD和導(dǎo)航顯示ND上顯示的飛行信息、飛機(jī)空速、地速、姿態(tài)、高度、航向等內(nèi)容。

波音737NG平視顯示系統(tǒng)還會(huì)利用自身計(jì)算機(jī)處理和生成一些重要飛行數(shù)據(jù)和指引信息，顯示出一些傳統(tǒng)儀表無(wú)法顯示符號(hào)和數(shù)據(jù)，包括：風(fēng)切變改出、剩余跑道長(zhǎng)度、防擦機(jī)尾、飛行矢量數(shù)據(jù)、加減速度提示、飛行引導(dǎo)提示符等。

在合成儀上顯示的關(guān)鍵飛行符號(hào)，關(guān)系到飛機(jī)安全飛行，如圖4所示，HUD計(jì)算機(jī)內(nèi)部設(shè)立一個(gè)獨(dú)立模塊-系統(tǒng)監(jiān)控模塊，來(lái)監(jiān)控關(guān)鍵飛行符號(hào)顯示狀態(tài)，監(jiān)控飛行符號(hào)在合成儀顯示位置。

3 波音737NG 平視顯示系統(tǒng)維護(hù)特點(diǎn)

平視顯示系統(tǒng)作為光電結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用，系統(tǒng)維護(hù)方面也有它自身的一些特點(diǎn)。

首先，可以通過(guò)HUD計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)部件監(jiān)控和測(cè)試，如圖5所示，HUD計(jì)算機(jī)以故障燈形式呈現(xiàn)。

其次，可以通過(guò)HUD控制面板、MCDU 來(lái)進(jìn)行HUD系統(tǒng)交互測(cè)試，如圖6所示，在測(cè)試的過(guò)程，HUD控制面板和MCDU呈現(xiàn)測(cè)試狀態(tài)信息。同時(shí)，玻璃合成儀會(huì)調(diào)出測(cè)試頁(yè)面。

如圖7所示，測(cè)試頁(yè)面分為10個(gè)項(xiàng)目頁(yè)[3]：①軟硬件件號(hào)；②HUD系統(tǒng)起飛或進(jìn)近引導(dǎo)能力；③記錄故障；④傳感器數(shù)據(jù)；⑤存在故障；⑥HUD計(jì)算機(jī)模塊件號(hào)；⑦飛機(jī)識(shí)別信息；⑧HUD顯示測(cè)試；⑨操作構(gòu)型；⑩軟件裝載。

在維護(hù)系統(tǒng)時(shí)，更換系統(tǒng)組件或遇見(jiàn)軟件故障，需要執(zhí)行軟件裝載[3]，如圖8所示，可以選擇測(cè)試頁(yè)面項(xiàng)目10，給HUD System裝載OPS操作軟件和OPC構(gòu)型軟件。

4 HUD System發(fā)展和未來(lái)技術(shù)展望

4.1 波音787 HUD System

出廠配置雙平視顯示系統(tǒng)，機(jī)長(zhǎng)和副駕各一套。作為綜合模塊化應(yīng)用最大化的波音787，PDS主顯示系統(tǒng)整合統(tǒng)籌管理下視顯示系統(tǒng)和平視顯示系統(tǒng)[5]。

如圖9所示，波音787顯示功能由CCR柜內(nèi)DCAF-功能執(zhí)行，完成飛機(jī)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理計(jì)算，控制信號(hào)輸出到圖片產(chǎn)生卡GG，GG負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成顯示信號(hào)，分別送到下視顯示器和平視顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)的測(cè)試和監(jiān)控由CCR柜內(nèi)CMCF-中央維護(hù)計(jì)算功能負(fù)責(zé)。

4.2 增強(qiáng)視景系統(tǒng)（EVS）

EVS能夠顯示真實(shí)外部實(shí)景的視頻圖像，該圖像由紅外（IR）傳感器（或同類圖像傳感器）產(chǎn)生，傳感器安裝在航空器的前部（可捕獲前方外景的清晰視野）[6]。EVS圖像可單獨(dú)使用，也可與HUD融合使用，通過(guò)平視合成儀向飛行員提供跑道特征（如：跑道燈光）以及周圍地形和障礙物特征的圖像。提供增強(qiáng)的視覺(jué)圖像的目的，是為了提高駕駛員夜間和低能見(jiàn)度條件下情景意識(shí)。隨著增強(qiáng)型飛行視景系統(tǒng)（EFVS）的安裝，圖像傳感器和HUD的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)正在確立。

4.3合成視景系統(tǒng)（SVS）

HUD支持合成視景系統(tǒng)。SVS視景在飛機(jī)航電設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生，以飛機(jī)的位置和姿態(tài)為基準(zhǔn)，并以存儲(chǔ)的地形、跑道、障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)[6]。SVS圖像覆蓋了飛行員通過(guò)HUD看到的真實(shí)世界，也會(huì)提高夜間和低能見(jiàn)度條件下情景意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊寧，董海濤，楊忠.平視顯示器的裝機(jī)工程設(shè)計(jì)研究[J]. 電光與控制，2007，14（2）：117-118.

[2]BOEING 737 Training Manual， BOEING PROPRIETARY.

[3]潘少永.平視指引系統(tǒng)及其在民用飛機(jī)中的應(yīng)用[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2007.

[4]Head-up Guidance Systems， Rockwell Collins PROPRIETARY， 2016.

[5]BOEING 787 Training Manual， BOEING PROPRIETARY.

[6]中國(guó)民航平視顯示器（HUD）應(yīng)用路線圖，草案V1.3，中國(guó)民用航空局.