民用飛機增強型飛行視景系統研究

費益

【摘 要】增強型飛行視景系統在民用航空業是一項新興技術，在國內應用尚處于起步階段。本文對這一新技術的特征、系統要求及其應用進行研究。

【關鍵詞】增強型飛行視景系統；視景增強系統；平顯系統

0 引言

長期以來，惡劣天氣和起降安全是困擾民航運輸的兩大難題，成為影響民航運行安全、正點率和運營成本的主要因素。增強型飛行視景系統（EFVS）技術的發展和應用為破解這兩大難題提供了一種便捷的途徑。

EFVS，是視景增強系統（EVS）與平顯系統（HUD）的綜合，它將EVS獲取的飛機前方場景的紅外圖像與HUD上顯示的主飛行信息融合，顯示在飛行員前方的平顯組合儀上，并且保證所顯示的圖像、符號與外界場景是重合的。

EFVS能夠增強飛行員態勢感知能力，既使飛行員“看得更清”，也使飛行員“飛得更準”。在低能見度氣象條件下，EFVS能將飛機前方場景呈現給飛行員，以獲得一個等同于標準儀表進近程序規定的能見度。飛行員依靠這一增強的飛行能見度識別跑道目視參考，按照FAR 91.175（l）條規定，駕駛飛機至最低決斷高度以下、接地區標高100英尺以上[1]。

1 EFVS系統介紹

根據美國聯邦航空管理局的定義，EFVS是一種利用圖像傳感器（如前視紅外或毫米波探測器）為飛行員提供飛行前方外部場景顯示的電子系統[2]。

EFVS將圖像傳感器采集到的信息送到圖像處理模塊中，并與平顯顯示字符進行融合，處理完的視頻圖像經視頻總線傳輸到平顯投影裝置，最終顯示在組合儀上。

2 EFVS與EVS的區別

EVS是EFVS系統的組成部分，相對于獨立的EVS，兩者主要存在以下區別：

a.對于EVS來說，對平顯上顯示的主飛行信息無特殊要求，其增強視景圖像不要求在平顯上顯示，更不要求圖像與外界場景對準。EVS只是用于增強飛行員的情境意識，飛行員不能憑借EVS獲得增強的飛行能見度，也不能憑借EVS來識別著陸所必須的參照物，飛行員必須嚴格按照FAR 91.175（c）（d）（e）的規定執行著陸或復飛程序。

b.作為EFVS，必須具備如下特征，而EVS則可不具備：

1）EFVS的增強視景圖像必須和儀表飛行信息（如姿態、飛行航跡矢量、飛行航跡角參考符號）一起顯示在平顯上，從而保證主飛飛行員在其正常的操作位置上沿飛行航跡方向就能清楚地看到這些信息；

2）EFVS的增強視景圖像，以及平顯上的姿態、飛行航跡矢量、飛行航跡角參考符號、其它與外界場景相關的符號，都必須和外界場景對準；

3）飛行航跡角參考符號必須顯示在平顯俯仰刻度帶上，并允許飛行員選擇進近所需要的下降角、監控飛機在進行沒有垂直導引的進近時的垂直航跡；

4）EFVS的增強視景圖像以及平顯上的其它顯示符號不能妨礙飛行員透過風擋觀察外界場景；

5）EFVS需要從飛機導航系統、飛行導引系統（如平顯不具備導引計算功能）獲取信息；

6）EFVS的顯示特征和動態畫面必須有利于飛行員手動控制飛機。

c.從運行角度來說，EFVS可以幫助飛行員獲得增強的飛行能見度，并辨認FAR 91.175（l） （3）所要求的目視參考，在除CAT II和CAT III類的進近中駕駛飛機至最低決斷高度以下，接地區標高100ft以上。而在使用EVS時，只能參照一般獲取目視參考的進近來運行。需要指出的是，即使在借助EFVS的進近中，飛機在距離接地區100英尺高度時，飛行員依然需要目視辨別FAR 91.175（l）（4）中指定的跑道參照物，否則就必須執行復飛。2013年6月，FAA發布了對使用EFVS進行著陸運行批準的修改建議書，擬將原來使用EFVS最低下降至距接地區100英尺以上變為直接下降至接地區。在不久的將來，EFVS將可以發揮與CATⅢ進近導引相同的作用，EFVS所能帶來的運行優勢將更加明顯。

3 EFVS系統要求

3.1 EFVS對平顯的要求

平顯也是EFVS系統的組成部分，平顯系統的設計除了滿足ARP5288、AS8055等行業規范外，必須考慮以下要求：

a.平顯的視場設計必須保證在所有可預期的飛機姿態、構型、環境（如風切變）下，EFVS的增強視景圖像都對飛行員可見，且與外界場景是對準的；

b.平顯上至少需要顯示以下飛行信息：

1）空速；

2）垂直速度；

3）姿態；

4）航向；

5）高度；

6）進近和著陸指引；

7）航跡偏移指示；

8）飛行航跡矢量；

9）飛行航跡角參考符號。

3.2 EFVS的最低性能要求

EFVS增強視景圖像的顯示延遲不應超過100ms。

EFVS增強視景圖像視場至少為水平20°、垂直15°（以飛行員水平視線為分界線進行度量）。并且當圖像以飛行航跡矢量為中心進行描述時，垂直視場至少為5°（±2.5°）。

從平顯眼位參考點處觀察，EFVS增強視景圖像的抖動幅度應小于0.6mrad。

當EFVS增強視景圖像的顯示亮度以0.25HZ以上的頻率變化時，就形成了閃爍。從平顯眼盒內觀察EFVS視場內的圖像，光強從環境光強到平顯最大光強之間變化，都不應給飛行員帶來不可接受的閃爍。

EFVS初次安裝時需經過光學校準。經校準后，圖像的精度誤差從設計眼位處測量，在顯示畫面中央必須小于5.0mrad。

增強視景圖像的分辨率必須保證在距離接地區200ft高度時，并且飛機以3°的下滑角進近時，能夠使飛行員辨認60ft寬的跑道。

增強視景圖像中壞像素的比例不能超過整個顯示區域的1%。

4 EFVS應用前景

目前，國際上EFVS在公務機（以灣流為代表）和貨運機（以聯邦快遞為代表）上已比較普遍地應用，但是在商用客機上尚無應用和驗證的先例。針對現有的EFVS運行規則，國際上已有許多成功取證的例子，首都航空裝備EFVS的公務機在國內也得到了中國民航局（CAAC）的運行批準。從FAA發布的對使用EFVS進行著陸運行批準的修改建議書來看，未來對裝備EFVS飛機的著陸所需條件會越來越放寬，也就是說，EFVS在CAT I和CAT II類機場所能發揮的優勢將越來越明顯，這對中國這樣一個具備眾多CAT I類機場的國家來說，EFVS必將在公務機、貨運機及商用客機上得到非常廣泛的應用。

5 結束語

EFVS對于增強飛行安全能夠發揮顯著作用，它能（下轉第124頁）（上接第111頁）夠降低飛機對機場設施的依賴，在低等級的機場實施高級別的進近，擴大飛機對機場的適應能力和運行范圍，降低運行成本。本文著重闡述了EFVS相對EVS的設計特征，以及EFVS系統的設計要求，給出了EFVS的應用現狀，并展望了其應用前景。

【參考文獻】

[1]FAR 91， GENERAL OPERATING AND FLIGHT RULES[S]. Federal Aviation Administration， 2010.

[2]AC 20-167， Airworthiness Approval of Enhanced Vision System， Synthetic Vision System， Combined Vision System， and Enhanced Flight Vision System Equipment[S]. Federal Aviation Administration， 2010.

[責任編輯：楊玉潔]