浅谈民航飞机驾驶舱显示器的演变

房玮

摘 要：现如今，显示器向飞行员传递的飞机参数越来越多，同时必须保证信息传送的及时准确。大屏幕化、玻璃化是驾驶舱发展的重要特征。在飞行任务中，使飞行员很快地了解飞机的各种性能参数，迅速地做出正确的判断，这是现代飞机的发展要求，所以必须要进一步提高座舱显示器的综合性能。

关键词：驾驶舱 显示器 综合性

中图分类号：V247 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0055-02

在航空业发展早期，执行飞行任务时，飞行员主要靠眼睛和耳朵接收信息，这使飞行员处于高度紧张状态，而且飞行员的主观判断往往与客观事实有出入。为了使飞行员从紧张的飞行状态解脱出来，并增强飞行时的可靠性，飞机上开始增加相关电子设备来替代飞行员的主观判断，并以模拟量或者数字量的形式在仪器上显示出来。随着综合化、集成化航空电子技术的快速发展，种类众多的航空电子设备被研发出来，从而使显示器从单一功能向多功能转化，它除了为飞行员提供驾驶飞机用的目视显示数据外，还要为各种导航系统、自动飞行控制系统和飞行数据记录器等提供各种数据。与此同时，显示器必须能保证飞行员在极短的时间内准确地获取所需要的各种信息。而这些数据往往过于庞大，为了保证这些数据的准确性，因此，有必要对显示器进行全面而系统的研究。

1 早期机电式仪表

其中最重要的仪表分别是空速表、高度表、显示飞机俯仰和倾斜姿态的姿态指示器和显示航向的罗盘，是分离式“T”型布局。辅助仪表是转弯侧滑仪和显示飞机高度变化率的升降速率表。

机电式仪表是利用指针刻度盘等机械硬件在固定空间的相对位移显示信息。早期B737-300的驾驶舱是老式机电式仪表。这类显示器的信息容量小，一般都是单一功能性的。这样就造成其数量多并且利用率低。

2 电子飞行仪表系统

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，在现代飞机驾驶舱仪表的设计上采用了数字式电子显示技术，并将飞行、导航等大量信息进行了综合显示。

飞机驾驶员通过EFIS的显示信息，能够实时地对相应飞机系统的工作状态进行全过程监控。机务人员利用电子飞行仪表系统，可进行故障分析和隔离。同时，EFIS也比机械式飞行仪表更易维修。

电子飞行仪表系统采用T字型布局，正副驾驶前方各有一套主飞行显示器PFD和导航显示器ND，中间上下两个屏幕是显示发动机参数和警告信息的ECAM（空客）或EICAS（波音）。它们的显示由多个余度的计算机来驱动。机组可以通过相应的控制面板来控制它们的显示与转换。

2.1 主飞行显示器

与驾驶员如何操作最直接相关的信息是飞机目前的姿态（高度、速度、平直度）和航向，它们显示在PFD屏幕的上、下半部。上半部主要为地平仪，用象征飞机的图符示意飞机在高度层所处的位置和飞机本身的平直度；两侧纵向列表显示高度、空速、垂直速度的即时和参照数据。下半部以罗盘格式描述飞机当前的航向[1]。显示数据来源于大气数据计算机和姿态计算机，原始数据来自机载传感器、陀螺、罗盘等测量仪。

2.2 导航显示器

显示各种导航参数和飞行计划等，例如指示航向，显示飞机的航路、航迹、高度偏离、风向以及与前方航路点的距离等，气象雷达的图像也显示在这个屏幕上，并用各种彩色的符号和文字显示导航信息和有关资料。

2.3 ECAM

它能够显示发动机的参数和警告信息、发动机的性能参数如压力比、排气温度和转速以及发动机的辅助参数如燃油和滑油的流量、压力、温度等，并能在飞行的全部航段上连续自动监控发动机和飞机其他系统的工作并在出现异常时报警，能自动记录故障时的系统参数，能够显示燃油系统、液压系统、空调系统、起落架系统等各个系统的工作情况。这种系统的使用一方面改善了驾驶员的工作条件，简化了仪表布局；另一方面为维护工作提供了数据量。

3 未来新技术

3.1 合成视景系统

合成视景系统，是在现有的综合电子显示系统基础上，将传统的电子飞行仪表系统EFIS的上蓝下棕的二维平面背景进行立体化处理，在主飞行显示器PFD上显示由数据库合成的三维飞机前方飞行环境，同时在导航显示器ND上显示带阴影地形图的飞机下方地形正投影。这种合成的地形显示不受气象状况的影响，有助于飞行机组判断飞机相对地形的位置。在较低能见度条件下，这一优点尤为突出。PFD上显示的地形与外部实际环境是“一致的”，因此，飞行员在集成了合成视景之后的PFD上看到的地形与理想能见度下看到的外部真实地形是一致的。大量的飞行模拟器试验和飞行试验已经证明了，合成视景系统能够使飞行机组直观地获取地形信息[2]。

3.2 视景增强系统

人眼可视的电磁光谱范围很窄，如果能够有效地利用红外和毫米波段，则可大大增强人眼的可视能力。通常，长波对云雾的穿透能力较短波要强。视景增强系统中所采用的红外技术主要有两种，一种为微辐射热测量器，工作波长为8～14μm；另一种为锑化铟传感器，工作波长为1～5μm，目前这种技术较为成熟，而且对云雾的穿透能力也更强。与红外传感技术相比，在浓雾天气中，毫米波成像雷达的穿透能力通常更强，但分辨率较低一些。

随着技术的逐步趋于成熟，集成了视景增强和合成视景系统的飞机驾驶座舱，其综合显示控制系统必将极大程度地提高飞机驾驶员对周围飞行环境的情景意识，从而进一步提高飞机飞行的安全性。

3.3 平视显示器和头戴式显示器

平视显示器HUD是把飞行所需要的各种数据投射到驾驶员正前方透明显示组件上的系统，使驾驶员保持平视姿态，获取飞行信息。因其有助于提高飞机驾驶员对飞机外部态势的感知而受到欢迎。飞机如果安装了HUD系统，飞行员在整个飞行过程中的飞行“视”界将被最大化地扩展，尤其在起飞和着陆的时候。它可以将飞机的航迹信息准确地投射到飞行员视野正前方的透明显示器上，使飞行员在整个飞行过程中，始终保持平视状态飞行，不再频繁地低头俯视仪表或抬头关注外界目视参照物。随着增强视景系统在民航飞机上的安装使用，通过图像传感器获得外部景象的电子实时图像，同时将信息显示在HUD上，或者独立使用，向飞行提供跑道特征以及周围地形和障碍物特征的图像，增强夜间和低能见度条件下飞行时的情景意识[3]。

和传统的显示器相比，头戴显示器的外形一般表现为头盔的模式，其本质上是一个投影机系统。随着LCD技术的发展，以及OLED的出现，显示器体积进一步缩小，显示方式也出现变化，出现了两种成像方式：面板成像和激光扫描显示技术；前者多用于民用领域，后者主要是军事领域。头戴式显示器并非是单纯的显示设备，和普通的显示器、投影机不同，它具有交互功能，能够帮助飞行员进行信息处理，并和其他设备进行信息链接，头戴式显示器最终目的是帮助飞行员增强现实（AR），在人眼观测到的真实世界中进行信息标注或者信息计算[4]。

由于驾驶舱空间有限，大型下视显示器将占据大量的空间，平视显示器、头戴式显示器等“平视”系统将成为未来飞机的主要显示器配置。这种显示器可以随着飞机的航迹和航向显示实时和增强型或综合型的信息。无论飞机的其他技术如何发展，这项技术必将成为未来先进驾驶舱系统的主要特征。

4 结语

驾驶舱显示器的发展过程是从机械指示发展到数字显示，仪表的数量经历了从少到多，又从多到少的发展过程。在某种意义上讲，驾驶舱显示仪表发展是飞机先进程度的重要标志之一。

近现代，随着计算机技术以及虚拟现实技术的成熟，高分辨率显示器的运用，驾驶舱显示朝着“玻璃化”方向发展。在显示方式上，由传统的二维平面模式向立体化的三维视图转变，对改善驾驶员的感知与判断具有重大的促进作用。

参考文献

[1] 侯亮，李成贵.飞机综合显示系统中图形填充与字符显示[J]. 火力与指挥控制，2009，34（1）：35-37.

[2] 朱耀东，张焕春，经亚枝.飞机座舱综合图形显示系统设计的一种新方法[J].南京航空航天大学学报，2002，34（5）：488-492.

[3] 杜海涛，经亚枝，张焕春.电子飞行仪表的显示系统[J].南京航空航天大学学报，1998，30（2）：229-234.

[4] 杜海涛.现代飞机座舱显示系统研究[J].南京航空航天大学学报，1999，27（3）：294-298.