民航領域HUD技術淺析

劉小磊

摘 要：本文介紹了HUD技術在軍事領域的產生，并在汽車、民航領域的應用。同時，對民航領域的HUD相關技術作了說明，闡述了HUD與其它航行新技術的結合及發展。

關鍵詞：HUD 民航 航行新技術

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0228-01

HUD（Head-Up Display）即平視顯示系統。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、姿態信息、能量狀態、導航信息等），同時還能顯示特殊的告警信息（擦機尾余度、TCAS安全區、迎角限制等）。它使得飛行員在飛行中，無需低頭俯視儀表，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，減輕機組工作負荷，提高飛行員操縱的精確性，對提高飛行品質和飛行安全具有重要的意義。同時，提高全天候運行能力，大大提高航班的準點率。因此，該技術也是中國民航在近、中、遠期規劃中，擬推廣的重要技術之一。

1 HUD發展簡介

HUD技術來源于軍工，該技術的發展大大提高了軍用飛機的作戰效能?，F在該技術也逐漸從軍工走向民用。特別在民航領域和汽車領域，都有廣泛的應用。

1.1 HUD在軍事領域的應用

HUD演變于二戰之前，軍機上采用無視差光學瞄準技術的反射瞄準鏡。其早期的型號，首先將一些基本信息添加到反射瞄準鏡中，比如：在陀螺瞄準器中投影飛機空速和轉彎率，從而改進十字線的瞄準，使操作手能精確地打擊移動目標。隨著該技術的進步，更多的信息被加入反射鏡中。后續的HUD甚至可以顯示根據飛機的空速和迎角，計算后的射擊方案，極大地提高了空戰中飛行員的射擊精度。

早期投彈瞄準器與現在HUD上的飛行航跡視覺指引類似——將人機交互界面整合。

目前HUD技術，廣泛用于軍用飛機。特別對于戰斗/攻擊機而言，HUD除了為飛行員顯示提供常規的飛行參數、姿態信息，最重要是與火控系統結合，大大提高了作戰效率。現在軍事領域的HUD技術，正朝著HMS（Helmet Mounted Display頭盔顯示系統）發展，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在汽車行業的應用

1988年，HUD第一次以選裝的安全配置出現在通用車型上。現在越來越多高檔車型采用HUD，例如BMW：投射半透明影像在駕駛員視線前2米位置（無需視覺焦點從路面到投影間轉換），信息采用全色彩顯示（根據信息重要性分類，用不同色彩標記），顯示參數除了常規的速度、轉速、油量等外，結合導航系統進行路面實時領航信息，并有行人告警，還可與夜視系統整合。BMW聲稱HUD可使平均行駛速度比無HUD快50%。

1.3 HUD在民航領域的應用

在1987年，阿拉斯加航空首次將其用于民航載客飛行，其機隊的23架波音727-200型運輸客機裝備HGS，為IIIA類標準運行提供手動著陸解決方案。解決了在復雜地形和天氣條件下的航路及機場的飛行安全問題。

2 民航領域HUD相關技術

民航領域，HUD技術經歷了快速的發展。它與其他航行新技術結合，可進一步提高飛行員的狀態感知能力，使得航空器在更低的標準下可運行。下文就列舉了民航領域，與HUD結合的航行新技術。

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

羅克韋爾·柯林斯公司研發的HUD系統的注冊商標。將關鍵信息投影到外部世界視像上，在整個飛行階段為飛行員提供飛行指引，其特點是：（1）顯示符號聚焦于無窮遠。（2）符號與外部世界的視像完全疊加（無需視覺焦點轉換）。（3）提供相應的飛行指引（著陸及滑行、低能見度起飛、拉平指引等）。

2.2 EVS（Enhanced Vision System）增強視景系統

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

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

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

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

利用機載的地形數據庫，以計算機生成的3維地形和障礙物數據庫為基礎形成的虛擬視景。它多數呈現在下顯上，并與GPS精密導航系統相連，為飛行員提供了飛機外環境的描述，并以“空中高速路”的管道方式引導飛行的航路。

該系統不僅可與地形回避告警系統（TAWS）、空中交通防撞系統（TCAS）接口，還能與提供告警和提示，甚至與近似于實時的氣象信息數據鏈相結合。該系統還能提供低能見度條件下的滑行和起飛導引。

SVS與EFVS的區別在于：“增強視景系統（SVS）是通過一種電子方式，為機組顯示外部地形場景”SVS圖像是計算機生成，并非外界“實時”圖像（EVFS是“實時”圖像）需要地形及障礙物數據庫，并需要精確的導航解決方案（實現實時位置與數據庫精確疊加）。

3 結語

HUD技術作為一種航行新技術，來源于軍工，并引入到民航領域。是未來中國民航主要推廣的航行新技術之一。它的引入將提高飛行員的情景意識和飛行品質，促進運行安全；同時也提高民航的全天候運行能力，減少航班延誤。這對航班密集、運行條件復雜的中國民航來說，將會帶來豐厚的運行收益。

參考文獻

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