平視顯示飛行仿真系統的人機功效評價

閆思齊 姜藶峰

摘 要：在中國大型客機的發展中，平視顯示器（HUD）信息顯示的人性化設計越來越受到重視。已建立十九個方程耦合的飛行仿真模型，并利用GL Studio建立了由飛行仿真方程驅動的HUD模型[1-2]。對實驗對象進行工效學實驗，根據受試者的反應時間和的正確率，分析平視顯示器模型信息顯示的人性化程度。通過對受試者模擬飛行操作的實驗和實驗結果分析，得到了適合人體特征的HUD信息顯示特征，主要是顯示信息的顏色和尺寸。

關鍵詞：飛行仿真；HUD模型；人機功效評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.109

1 飛行仿真模型

以某型號飛機為參考，利用六自由度飛機建模的一般方法和原理，建立了起飛、巡航和著陸過程的數學模型。剛性飛行器的運動建模包括六個質心對應的六自由度運動方程，其中三個方程表示質心運動，其余三個方程表示質心旋轉。另外，還包含了六個運動學方程，用來表示空間位置和姿態的變化。由于空氣動力學參數的非線性，飛行運動微分方程是常系數的變系數非線性方程組，采用數值迭代法求解方程組。

2 工效學實驗設計與實施

根據GJB1010-90標準[3]，顯示信息的字體大小和顏色是HUD界面主要研究對象，本文測試兩個字符大小（5毫米；10毫米）和三種顯示的顏色（藍色；綠色；黃色）[4]。擬通過對實驗數據的統計分析，得到尺寸和顏色對信息獲取的影響。

研究對象為空軍航空大學16名具有相關航空知識背景的學生，無色盲。飛行仿真要求受試者在整個操縱過程中對模型平視顯示器顯示的數據進行監控。當參數達到一定閾值時，為了保持正常飛行，受試者應立即做出反應。例如，當空速達到一定值時，應將油門桿拉回，起落架應根據狀態警告予以收回或放下。在飛行模擬任務中，空速、航向、氣壓等數據都會出現隨機干擾，導致標度指針和顯示值的變化，要求受試者盡可能快地讀出這些變化，并按相應的鍵進行調整。所有這些任務都被認為是主要任務。模擬程序將自動記錄按鍵的正確率和反應時間測量任務性能。

3 實驗結果與分析

實驗測試結果如圖1和圖2所示，方差分析顯示，在主要任務中，字符顏色的主效應（p<0.001）和字符大小和顏色的交互作用（P=0.346）有顯著的統計學意義（p=0.004），但字符大小的主要影響不顯著（P=3）。由于顯著的交互效應，字符大小與顏色的匹配成為影響任務績效的主要因素。綠色或黃色目標的最佳識別尺寸為5mm，藍色目標則需要較大的尺寸。綠色和黃色適合作為界面字符顏色，藍色只能用于較大的目標。另外，綠色和黃色在尺寸上稍微難以識別，然而，藍色應該用在更大的尺寸上以獲得更好的識別。

對于正確的運算速度，方差分析表明，字符大小和顏色的交互影響是顯著的（P=0.009）。進一步的實驗表明，在5毫米字符大小的條件下，綠色和黃色的正確率顯著高于藍色（分別為p=0.013和p<0.001），而綠色和黃色的差異不顯著（P=0.927）。綠色和黃色目標的識別優于藍色，但不明顯。在10毫米字符大小的條件下，藍色和綠色（p=0.071）、藍色和黃色（p=0.109）、綠色和黃色（P=0.997）之間的差異不顯著。綠色和黃色目標的識別優于藍色，但不明顯。與5毫米性狀相比，藍色目標的識別率有所提高，而綠色和黃色略有下降。

方差分析表明，字符大小和顏色的交互作用顯著（p=0.004）。進一步的實驗表明，在5毫米字符大小的條件下，綠黃反應時間顯著高于藍（p<0.001，p=0.017），但綠黃差異不顯著（p=0.925）。在10毫米字符大小的條件下，藍色和綠色（p=0.695）、藍色和黃色（p=0.735）、綠色和黃色（P=0.990）之間的差異不顯著。對綠色和黃色字符的識別仍優于藍色，但不明顯，與5毫米的條件相比，對藍色目標的識別速度較快，而對綠色和黃色目標的識別略有減慢。

參考文獻：

[1]孫鑫.進一步解釋vc++第一版[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]Jeffrey Richter， Programming applications for Microsoft Windows，4th ed.， Beijing：Mechinery Industry Press，2000.

[3]GJB1016-90-1990，機載電子/光顯示系統通用技術條件[S].

[4]郭小朝，劉寶善，馬雪松，伊麗，熊端琴.殲擊機座艙通用顯示信息及其優先級的確定[J].中華航空航天醫學雜志，2006（04）：260-263.