平視顯示器及增強型視景系統簡介

祝翊

摘要:民航新技術平視顯示器原理和作用簡介，國內民航的推廣，THALES平視顯示器組成。

關鍵詞:平視顯示器；增強型視景系統；作用

0引言

最近一段時期，民航引進了大量先進技術，平視顯示器（HUD）和增強視景系統即是其中之一，本文結合THALES 產品對這一技術作以簡單介紹。

1平視顯示器原理及國內推廣路線

平視顯示器（Head Up Display），簡稱HUD，是60年代出現的一種綜合電子顯示設備，首先用到軍用飛機上，80年代于麥道80系列飛機投入試用，近年來開始大規模投入使用。

它利用計算機圖形顯示技術將飛行參數、導航及報警信息，以圖形和簡單字符方式，利用光學部件投射到座艙正前方組合玻璃上的光/電顯示裝置上，信息投射在無限遠處，飛行員從而無需將真實飛行環境在駕駛艙內二次聚焦成像，且信息以“正形投影”方式成像，所以飛行員可保持平視狀態注視平視顯示器上的飛行儀表和導航信息，根據HUD飛行指引FD（FLIGHT DIRECT）,HUD上的數據和風擋外疊加實景，及時修正飛行姿態，顯著改善飛行品質和精度，減輕飛行員負擔，提高飛行員環境感知能力（situation awareness），增強飛行安全。特別是民航客機在起飛和降落過程中，飛行員同時要操作飛機和低空聯絡，頻繁的交錯觀察艙內儀表和外部環境，很容易注意力分散，動作不仔細，利用平視顯示器可以提高著陸精度，提高其將成功率，而且平視顯示器和增強視景系統的結合能實現低能見度起降，提高航班正點率，降低航空公司的運營成本。由于以上優點，ICAO（國際民航組織）建議各國民航當局將平視顯示技術作為提高飛行安全品質的措施之一，并進行推廣。我國民用航空總局在2012年發布了《平視顯示器應用發展路線圖》，中國民航分三步逐步推廣HUD技術，第一階段在2014年前，鼓勵并支持航空運營人現役飛機加裝并獲得運行資格。30%的機場HUD運行前期評估，當評估符合運行條件后，在進近圖中公布特殊I類運行最低標準和起飛最低標準。第二階段，應在新購飛機上至少安裝單套HUD設備，2018年底需要在50%的服役航空器上加裝HUD系統，2017年底前，完成國內所有機場HUD評估，對設備，設施做相應升級，公布在I類儀表著陸系統上實施特殊I類，II類和起飛最低標準。在減少機場設施成本的同時，獲得相同的運行優勢，使機場具備更高的運行保障能力。第三步到2020年中國的航空運營人所有合格的航空器至少安裝并運行單套HUD和EVS。所有改擴，新建機場合格I類運行跑道均應具備使用HUD實施II類運行的能力，經過評估后可具備III類運行條件，可根據運行需要在進近圖中公布適用的最低標準。

2THALES平視顯示器組成及部件功用

THALES平視顯示器由HPU（HUD Projector unit），HCU（HUD Combiner unit）,PMM(Personalization Memory Moduel),HUDC(HUD Computer)和控制面板組成。HUD投射組件HPU安裝在機長頭頂板上，根據HUDC數據生成投射在HCU上圖像，并且完成環境參數數模轉換。HCU由一塊顯示圖像的透明玻璃，一個收藏和放下機構，一個用于監測HCU機械位置校準的電子機械傳感器，以及環境亮度器構成。HUDC是平視顯示器系統的核心部件，它收集和處理飛機發送和HUD系統請求的數據，負責顯示字符的設定，顯示圖形的處理，自檢，自動補償電子軸線，軟件上傳等功能。PMM存儲電子軸線數據，用于保持HUD所顯示的飛行信息與外部視景投影精準的匹配。控制面板安裝在機長前面的遮光板上，用于HCU亮度調節及參數的設定。

3平視顯示器的重要作用

平視顯示器在飛機整個運行階段：滑行，起飛，爬升，巡航，下降，進近著陸和滑跑都能發揮重要作用。

（1）飛機在候機樓滑行到跑道的滑行過程中，平視顯示器可以實現場面導引，飛行員根據導引符號控制飛機在滑行道上安全，準確的滑行，在低能見度情況下滑行時，平視顯示器與視景增強系統結合，幫助飛行員擴大觀察范圍，大大減少飛機在滑行道及交叉口發生的意外事故，避免滑錯滑行道和跑道。對于繁忙的機場，可以有效調高整個機場的運行效率和吞吐量。

（2）飛行員在操作飛機起飛時，同時要觀察儀表和外部視景，很容易在高速滑跑中因低頭看儀表而導致的對外部視景的中斷，從而發生危險，特別是在低能見度情況下的起飛。另外，利用HUD的迎角和仰角提示可以準確控制飛機姿態，避免擦機尾事故的發生。低能見度起飛導引是HUD 特有的功能，HUD利用FMGC產生的飛行指引信號指引飛行員實現低能見度的起飛。

（3）在爬升，巡航及下降等飛行階段，HUD可以幫助飛行員快速識別異常和危險狀態，避免危險事故發生，在空中防撞系統發出RA告警時，HUD可以直觀地顯示操縱提示符號，在飛行員不用低頭看其他儀表的情況下，根據指引符號操縱飛機避開危險區域。

（4）在目視進近時，HUD顯示的參考下滑道，飛行軌跡矢量能幫助飛行員做出正確的判斷，減少飛行員負擔，在儀表著陸進近時，使飛行員保持平視飛行，使飛行更安全。HUD降低了最小起飛和著陸天氣標準，結合儀表著陸系統的運用，經過局方的特殊批準，航空公司可以在I類儀表著陸實施特殊批準的I類、II類、III類運行。目前國內大多數的機場只能實施傳統的I類運行，在遇到惡劣天氣的情況下，飛機不能滿足運行最帶天氣標準，從而造成大面積的航班延誤。HUD可在I類儀表著陸系統上降低最低標準，中國民航批準的HUD運行標準為特殊批準I類（RVR 450米，決斷高度45米）。

增強視景系統就是把機載紅外傳感器或者毫米波雷達給出的圖像和飛行以及導航數據重疊在平視顯示器上。由于紅外傳感器的成像受云、霧、霾、雪、夜間等氣象條件的影響較小，因此，在目視能見度受限的情況下，利用增強視景系統能夠增強飛行能見度，提高飛行環境感知能力，使飛機具備全天候起降能力。

4結束語

隨著民航科技的進步，未來幾年必然會出現一個技術大的飛躍，作為一個一線技術人員，我認為隨時跟蹤新知識，新技術還是很有必要的，最近分局舉辦民航新技術講座，粗略了解下HUD和增強視景技術，望大家指正。endprint