淺談民航飛機駕駛艙顯示器的演變

房瑋

摘 要：現如今，顯示器向飛行員傳遞的飛機參數越來越多，同時必須保證信息傳送的及時準確。大屏幕化、玻璃化是駕駛艙發展的重要特征。在飛行任務中，使飛行員很快地了解飛機的各種性能參數，迅速地做出正確的判斷，這是現代飛機的發展要求，所以必須要進一步提高座艙顯示器的綜合性能。

關鍵詞：駕駛艙 顯示器 綜合性

中圖分類號：V247 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0055-02

在航空業發展早期，執行飛行任務時，飛行員主要靠眼睛和耳朵接收信息，這使飛行員處于高度緊張狀態，而且飛行員的主觀判斷往往與客觀事實有出入。為了使飛行員從緊張的飛行狀態解脫出來，并增強飛行時的可靠性，飛機上開始增加相關電子設備來替代飛行員的主觀判斷，并以模擬量或者數字量的形式在儀器上顯示出來。隨著綜合化、集成化航空電子技術的快速發展，種類眾多的航空電子設備被研發出來，從而使顯示器從單一功能向多功能轉化，它除了為飛行員提供駕駛飛機用的目視顯示數據外，還要為各種導航系統、自動飛行控制系統和飛行數據記錄器等提供各種數據。與此同時，顯示器必須能保證飛行員在極短的時間內準確地獲取所需要的各種信息。而這些數據往往過于龐大，為了保證這些數據的準確性，因此，有必要對顯示器進行全面而系統的研究。

1 早期機電式儀表

其中最重要的儀表分別是空速表、高度表、顯示飛機俯仰和傾斜姿態的姿態指示器和顯示航向的羅盤，是分離式“T”型布局。輔助儀表是轉彎側滑儀和顯示飛機高度變化率的升降速率表。

機電式儀表是利用指針刻度盤等機械硬件在固定空間的相對位移顯示信息。早期B737-300的駕駛艙是老式機電式儀表。這類顯示器的信息容量小，一般都是單一功能性的。這樣就造成其數量多并且利用率低。

2 電子飛行儀表系統

隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展，在現代飛機駕駛艙儀表的設計上采用了數字式電子顯示技術，并將飛行、導航等大量信息進行了綜合顯示。

飛機駕駛員通過EFIS的顯示信息，能夠實時地對相應飛機系統的工作狀態進行全過程監控。機務人員利用電子飛行儀表系統，可進行故障分析和隔離。同時，EFIS也比機械式飛行儀表更易維修。

電子飛行儀表系統采用T字型布局，正副駕駛前方各有一套主飛行顯示器PFD和導航顯示器ND，中間上下兩個屏幕是顯示發動機參數和警告信息的ECAM（空客）或EICAS（波音）。它們的顯示由多個余度的計算機來驅動。機組可以通過相應的控制面板來控制它們的顯示與轉換。

2.1 主飛行顯示器

與駕駛員如何操作最直接相關的信息是飛機目前的姿態（高度、速度、平直度）和航向，它們顯示在PFD屏幕的上、下半部。上半部主要為地平儀，用象征飛機的圖符示意飛機在高度層所處的位置和飛機本身的平直度；兩側縱向列表顯示高度、空速、垂直速度的即時和參照數據。下半部以羅盤格式描述飛機當前的航向[1]。顯示數據來源于大氣數據計算機和姿態計算機，原始數據來自機載傳感器、陀螺、羅盤等測量儀。

2.2 導航顯示器

顯示各種導航參數和飛行計劃等，例如指示航向，顯示飛機的航路、航跡、高度偏離、風向以及與前方航路點的距離等，氣象雷達的圖像也顯示在這個屏幕上，并用各種彩色的符號和文字顯示導航信息和有關資料。

2.3 ECAM

它能夠顯示發動機的參數和警告信息、發動機的性能參數如壓力比、排氣溫度和轉速以及發動機的輔助參數如燃油和滑油的流量、壓力、溫度等，并能在飛行的全部航段上連續自動監控發動機和飛機其他系統的工作并在出現異常時報警，能自動記錄故障時的系統參數，能夠顯示燃油系統、液壓系統、空調系統、起落架系統等各個系統的工作情況。這種系統的使用一方面改善了駕駛員的工作條件，簡化了儀表布局；另一方面為維護工作提供了數據量。

3 未來新技術

3.1 合成視景系統

合成視景系統，是在現有的綜合電子顯示系統基礎上，將傳統的電子飛行儀表系統EFIS的上藍下棕的二維平面背景進行立體化處理，在主飛行顯示器PFD上顯示由數據庫合成的三維飛機前方飛行環境，同時在導航顯示器ND上顯示帶陰影地形圖的飛機下方地形正投影。這種合成的地形顯示不受氣象狀況的影響，有助于飛行機組判斷飛機相對地形的位置。在較低能見度條件下，這一優點尤為突出。PFD上顯示的地形與外部實際環境是“一致的”，因此，飛行員在集成了合成視景之后的PFD上看到的地形與理想能見度下看到的外部真實地形是一致的。大量的飛行模擬器試驗和飛行試驗已經證明了，合成視景系統能夠使飛行機組直觀地獲取地形信息[2]。

3.2 視景增強系統

人眼可視的電磁光譜范圍很窄，如果能夠有效地利用紅外和毫米波段，則可大大增強人眼的可視能力。通常，長波對云霧的穿透能力較短波要強。視景增強系統中所采用的紅外技術主要有兩種，一種為微輻射熱測量器，工作波長為8～14μm；另一種為銻化銦傳感器，工作波長為1～5μm，目前這種技術較為成熟，而且對云霧的穿透能力也更強。與紅外傳感技術相比，在濃霧天氣中，毫米波成像雷達的穿透能力通常更強，但分辨率較低一些。

隨著技術的逐步趨于成熟，集成了視景增強和合成視景系統的飛機駕駛座艙，其綜合顯示控制系統必將極大程度地提高飛機駕駛員對周圍飛行環境的情景意識，從而進一步提高飛機飛行的安全性。

3.3 平視顯示器和頭戴式顯示器

平視顯示器HUD是把飛行所需要的各種數據投射到駕駛員正前方透明顯示組件上的系統，使駕駛員保持平視姿態，獲取飛行信息。因其有助于提高飛機駕駛員對飛機外部態勢的感知而受到歡迎。飛機如果安裝了HUD系統，飛行員在整個飛行過程中的飛行“視”界將被最大化地擴展，尤其在起飛和著陸的時候。它可以將飛機的航跡信息準確地投射到飛行員視野正前方的透明顯示器上，使飛行員在整個飛行過程中，始終保持平視狀態飛行，不再頻繁地低頭俯視儀表或抬頭關注外界目視參照物。隨著增強視景系統在民航飛機上的安裝使用，通過圖像傳感器獲得外部景象的電子實時圖像，同時將信息顯示在HUD上，或者獨立使用，向飛行提供跑道特征以及周圍地形和障礙物特征的圖像，增強夜間和低能見度條件下飛行時的情景意識[3]。

和傳統的顯示器相比，頭戴顯示器的外形一般表現為頭盔的模式，其本質上是一個投影機系統。隨著LCD技術的發展，以及OLED的出現，顯示器體積進一步縮小，顯示方式也出現變化，出現了兩種成像方式：面板成像和激光掃描顯示技術；前者多用于民用領域，后者主要是軍事領域。頭戴式顯示器并非是單純的顯示設備，和普通的顯示器、投影機不同，它具有交互功能，能夠幫助飛行員進行信息處理，并和其他設備進行信息鏈接，頭戴式顯示器最終目的是幫助飛行員增強現實（AR），在人眼觀測到的真實世界中進行信息標注或者信息計算[4]。

由于駕駛艙空間有限，大型下視顯示器將占據大量的空間，平視顯示器、頭戴式顯示器等“平視”系統將成為未來飛機的主要顯示器配置。這種顯示器可以隨著飛機的航跡和航向顯示實時和增強型或綜合型的信息。無論飛機的其他技術如何發展，這項技術必將成為未來先進駕駛艙系統的主要特征。

4 結語

駕駛艙顯示器的發展過程是從機械指示發展到數字顯示，儀表的數量經歷了從少到多，又從多到少的發展過程。在某種意義上講，駕駛艙顯示儀表發展是飛機先進程度的重要標志之一。

近現代，隨著計算機技術以及虛擬現實技術的成熟，高分辨率顯示器的運用，駕駛艙顯示朝著“玻璃化”方向發展。在顯示方式上，由傳統的二維平面模式向立體化的三維視圖轉變，對改善駕駛員的感知與判斷具有重大的促進作用。

參考文獻

[1] 侯亮，李成貴.飛機綜合顯示系統中圖形填充與字符顯示[J]. 火力與指揮控制，2009，34（1）：35-37.

[2] 朱耀東，張煥春，經亞枝.飛機座艙綜合圖形顯示系統設計的一種新方法[J].南京航空航天大學學報，2002，34（5）：488-492.

[3] 杜海濤，經亞枝，張煥春.電子飛行儀表的顯示系統[J].南京航空航天大學學報，1998，30（2）：229-234.

[4] 杜海濤.現代飛機座艙顯示系統研究[J].南京航空航天大學學報，1999，27（3）：294-298.