飞机显示器字符标准分析

2011-08-15舒振杰王旭峰

航空标准化与质量 2011年3期

舒振杰王旭峰

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

近年来，随着我国机载航空电子技术的迅速发展，各种机载显示器的应用日益广泛，如平视显示器、下视显示器和头盔显示器等已大量装备各型飞机，且其性能和功能也在不断地改进和提高。

机载电子显示器作为飞行员和飞机之间的重要人机界面，向飞行员提供各种符号、画面以及必需的作战和飞行信息。这些都是以显示字符的形式出现的。为满足飞机的飞行、作战能力的发展和变化的需求，机载显示器显示字符的内容在不断地更新和丰富。因此，必须对显示字符的形状、位置、尺寸、运动等，从人机工效最佳的角度加以规定，以便用最少的字符信息，提供所需的飞行和作战信息，从而减轻飞行员的负担，最大限度地发挥飞机的飞行和作战效能。

本文针对飞机显示器字符标准发展现状进行分析，围绕国外先进标准展开相关研究。同时，重点结合GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》和GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》的编制及使用情况，摸清了国内现有字符标准存在的问题，在此基础上提出了编制我国显示器字符标准的建议。

1 国外飞机显示字符标准发展现状

显示符号与信息是机载显示器人机界面的关键，其构形与格式直接关系到飞机的操纵性能。国外各技术先进国家，早在机载显示器的应用初期，就开始对显示字符进行了大量的研究。

国外发达国家历来重视飞机显示器字符标准的发展，先后制定了多项与飞机显示器字符有关的标准，比较重要的有MIL–STD–1787《飞机显示器字符》和MIL–STD–1295A《直升机座舱电/光显示器字符的人机工程设计准则》。

1.1 历史情况

美国是较早关注飞机显示器及其字符标准的国家，上世纪70年代制定了MIL–D–81641《平视仪通用规范》和军用标准MIL–STD–884《飞机操纵和作战信息的电/光显示器》。以上两个标准在后续技术发展中逐渐形成了固定翼飞机和直升机的两种不同标准，分别是美军1981年发布的MIL–STD–1295《直升机座舱电光显示器字符的人机工程设计准则》和1984年发布的MIL–STD–1787《飞机显示器字符》。其中，MIL–STD–1295《直升机座舱电光显示器字符的人机工程设计准则》在1984年被修订为MIL–STD–1295A。MIL–STD–1787《飞机显示器字符》于1996年被修订为MIL–STD–1787B，在2001年又被修订为MIL–STD–1787C，但最新版本尚未收集到。

1.2 MIL–STD–1787B

1.2.1 标准结构

MIL–STD–1787B《飞机显示器字符》在MIL–STD–1787的基础上修订而成。MIL–STD–1787B的正文结构与MIL–STD–1787相同，分为6章：范围、引用文件、定义和缩略语、要求、检验及注意事项；最后是附录部分。核心是第4章——要求。

虽然大的章节没有变化，但每章里的小节有所不同。在第1章增加了1.4节“偏离”，允许在特殊情况下对该标准进行偏离；在第2章增加了2.2节“非政府出版物”，允许在招标时参考规定的非政府出版物；在第3章增加了10个定义，分别是：“全视场中心”、“平视显示器基准点”、“毫弧”、“模式”、“叠盖”、“主飞行数据”、“主飞行仪表”、“主飞行基准”、“单显主飞行基准”和“字符尺寸”，这些定义使后面的要求更加准确。

在核心部分第4章增减的条目较多，这些增减的条目与增减的字符数目相对应。在原标准MIL–STD–1787里，对几十个符号的要求是按顺序列出的，而在MIL–STD–1787B里进行了分类，这样使本章节显得更加条理。它对标准字符分成4类，第1类是飞机基准字符，包含为6小类12个字符；第2类是刻度字符，包含4小类14个字符；第3类是导航符，包含4小类10个字符；第4类是任务字符，共23个字符。

MIL–STD–1787B的附录部分——飞机显示符号手册，它相当于标准的应用手册，是美军贯彻该标准的实践经验的总结，其内容详细而具体、丰富而实用，很有参考价值。

1.2.2 标准内容分析

MIL–STD–1787B描述了电/光显示器用字符、字符格式和信息内容，用于向飞机机组成员提供起飞、导航、地形跟踪/地形回避、武器投放和着陆等信息。该标准描述了字符的几何形状、字体、建议尺寸和结构编排。规定了主飞行基准的字符要求，以及字符移动和飞机系统状态之间的一些基本关系。该标准未描述电子作战显示字符，这些内容通常是保密的。该标准也未描述影响清晰度的参量，如分辨率、亮度、均匀度、对比度、闪烁、噪声、最小线位移、颜色以及类似参量。该标准描述的这些字符适用于军用飞机上使用的显示器。这些内容与MIL–STD–1787是相同的。

MIL–STD–1787B是美国1996修订后发布实施的标准，它相对于执行了12年的MIL–STD–1787来说进行了较大的改进，MIL–STD–1787B的主要修订内容有：增加了飞行基准的布局、飞行符号，飞行位置表示符等；修改了一些飞机参数指示、运动符号和表示方式；简化了多功能显示器、水平状态显示器和垂直状态显示器的显示画面等。

1.2.3 与MIL–STD–1787对比分析

MIL–STD–1787B作为修订的版本较前一版在内容上有明显改进，保留了原来MIL–STD–1787中的32种显示字符，修改了8种字符，增加了36种字符，删除了36种字符。

一是增加了36种字符，主要有4大类：第1类是飞行基准的布局，在定义处对“主飞行基准”在定义处对“主飞行基准”和“单显主飞行基准”等进行了定义，在标准符号之外专门规定了飞行基准的布局。第2类是飞机基准字符，包括爬升/俯冲标记、冲击爬升/俯冲标记、速度螺旋和飞机俯仰基准符等，这类基准字符的增加，提高了飞机信息参考点的稳定性。第3类是刻度字符，包括空速刻度、速度刻度盘、指令速度添字符、高度刻度和高度刻度盘等，这类基准字符的增加，提高了飞机显示信息的准确性。第4类是导航字符，这些字符是：航道偏移显示符、飞行控制器操纵条、航向指示、航向指向符和参考机翼等，这些字符为飞行员提供了可以返回到指定航线的位置和驾驶信息。

二是保留了32种字符，这些字符全是任务字符或是与任务有直接关系的字符，其中任务字符有：空/空截获目标、测距瞄准环、辅助瞄准光环、天线方位和俯仰标记、信标字符、炸弹下落线、退出攻击符和航炮十字线等，与任务直接相关的字符有：空/空瞄准圆、空/地瞄准标记、点阵法字体、光栅法字体和笔画法字体等。

三是修改了8种字符，这些修改主要是基于飞机目前的现状而进行的。例如，对于飞机俯仰基准符，将原符号的翼展左右各加宽了4毫弧；对于航炮十字线，将原标准的虚横线变为实横线，方便飞行员读取；对于典型的水平状态显示器，将原圆形界面改为矩形界面，而且界面内的显示格式也有所改变；对于平视显示器巡航模式，原标准画的是方框示意图，新标准规定的则是实际显示图，并包括显示内容和位置安排。

四是删除了36种字符，有53个具体符号，其中18个符号在MIL–STD–1787B里已有新的符号代替，其余删除的全是“联合战术信息分布系统”符号。这是有根据新技术需求进行的更改。

1.3 MIL–STD–1295A

上世纪70年代，美国制定了MIL–STD–884《飞机操纵和作战信息的电/光显示器》。在该标准发展的基础上，1981年制定了MIL–STD–1295《直升机座舱电/光显示器字符的人机工程设计准则》，1984年修订为MIL–STD–1295A，至今未发现有新的修订版本和新的取代标准。

MIL–STD–1295A《直升机座舱电/光显示器字符的人机工程设计准则》共包含5章正文，范围、引用文件、定义、一般要求和检验；最后是附录部分。核心是第3章“定义”和第4章“一般要求”。该标准将直升机座舱电/光显示器分为下视显示器、平视显示器和头盔显示器3种，在“一般要求”一章中，详细说明了每种字符状态的工作范围和性质，并在附图中对单个字符的显示形式、比例、位置进行了详细的图示，给出了5种飞行任务状态信息要求和显示的方式、格式和布局。

2 国内现有飞机显示字符标准分析

2.1 国内标准历史情况

1987年我国编制发布了GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》、GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》和GJB 302–1987《飞机电/光显示器汉字和用语》。由于平视显示器和下视显示器的研制是在不同的单位，各单位仅对本单位开发使用的字符比较熟悉，而编制非本单位开发使用的字符有一定的难度。因此，确定将飞机显示器字符标准分为3个独立的标准。

3项标准于1985年开始编制，编制之初便搜集到了MIL–STD–1787《飞机显示器字符》，并于随后完成了该标准的翻译、校对和分析工作。由于当时该标准比较先进，因此决定依据其进行国内显示字符标准的编制，经过对该标准的深入分析和理解，结合国内实际情况最终完成了3项标准的编制和发布。

这3项标准的颁布实施，对我国飞机显示器的发展，起到了极大的推动作用。特别是GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》和GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》，20多年来一直是我国各种显示器的显示字符在研究和使用中必须遵守的标准。国内各种歼击机、轰炸机、强击机、教练机等，凡是装有显示器的飞机都采用了这两项标准，甚至直升机显示器也参考了这两项标准。同时，国内很多重大的标准也均采用了此两项标准。

由于作战任务的变化和显示器字符技术的发展，GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》和GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》这两项字符标准也已经不能完全满足实际应用的需求，在现役飞机上已有大量字符超出此两项标准。因此，需及时制定新的显示器字符标准。

2.2 GJB 300–1987贯彻实施情况

GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》的发布实施，对我国飞机平视显示器和平视显示字符的发展起到了积极的推动作用。该标准中第5.4.1条至第5.4.55条所定义的符号基本上在各个飞机型号中均有所体现，其中第5.4.9条“升降速度”和第5.4.19条“迎角误差”采用各自的方案一来实现，仅第5.4.26条“跑道基准”在大部分型号中未使用。

虽然该标准在应用中发挥了极大的作用，但随着技术的发展和应用需求的增加，仍需增加一些符号；对该标准中基本未用的符号可以删除；根据应用情况有少量符号需要修改。

2.3 GJB 301–1987贯彻实施情况

经过分析统计，GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》中第5.5.2条至第5.5.63条中所列符号有60%左右在不同的飞机型号中使用，特别是飞机基准符、地平线、姿态线、俯仰角显示、外挂符号、塔康台标记等使用频繁，并在液晶显示器上一直沿用。其余的或者是平视显示器用的，或者是不用，或者是与现用的有差异。

但GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》在编制当时是一项超前标准。该标准的编制一方面指导了显示器研制中对显示字符的应用，另一方面由于标准的编制缺乏使用依据，也造成如下一些问题：

一是标准的符号不能满足下视显示器对显示字符的需要，造成各机种符号库中出现较多的非标准符号；

二是标准的一些符号与现实采用的符号存在一些差异，如，该标准中第5.5.37条规定“塔康台标记”等就与实际采用的字符不一致；

三是标准中的一些符号考虑平视显示器与下视显示器共用而列入，但有些符号实际是平视显示器用的，如第5.5.42条“方位操纵线”、第5.5.43条“天线的高低角和方位”、第5.5.49条“空地解算标记”、第5.5.53条“连续计算命中线”以及第5.5.54条“快速射击光环”等。

此外，由于该标准在编制时主要针对的是阴极射线管显示器，随着有源矩阵液晶显示器的广泛使用，其中的一些字符已经不能满足要求。

3 显示字符人机工效分析

现代飞机座舱内，飞行员要通过显示器及其它设备获得及时的信息，然后在很短的时间内做出判断，并要执行正确的操作。然而，高度紧张的情况下，飞行员往往只是把直观知觉的显示信息作为认知判断和操作的基础。为了改善飞行员在复杂情境中对自身状态、飞机状况及周边事态的充分了解和整体把握，增强飞行员的情境意识能力，需要结合人机工效学，去寻求新的信息显示方式或途径，研制开发新型信息显示界面。

3.1 字符显示信息的编码

编码是信息加工和信息传递的一种手段，由显示器向飞行员提供的各种字符显示信息正是通过不同的编码来实现的。通常，利用编码的有关属性，如尺寸、颜色、形状等来区分各种字符及其所代表的客体。

好的编码具有可辨性、可理解性，而且具有连贯性，不降低信息的传送时间。对于紧急信息的编码，应通过利用边框、亮度、形状、颜色或者其他的编码技术将操纵者的注意力吸引到紧急信息上。

3.2 字符显示信息的编码

3.2.1 亮度编码

利用亮度编码仅仅是为将一条信息和其它关联的信息区分开来，且亮度编码水平不要超过3个亮度水平，每一个水平要比上一个水平至少高两倍。

3.2.2 闪光编码

仅仅在急切需要吸引操作者注意力的时候使用闪光编码。不要使文本或者文本的背景闪烁，而是将图标或者边框闪烁，或者将一个与需要注意图符相邻的区域闪烁。而且不要超过两种闪光频率。

3.2.3 模式和位置的编码

利用模式和位置编码可减少搜索时间。类型编码仅仅在显示尺寸和解决方案允许进行模式区分的情况下使用。

3.2.4 颜色编码

当选择使用的颜色时，设计者应考虑使用者戴着防护眼镜或本身就是色盲者时存在的颜色区分能力减弱的可能性。在复杂，密集或重要的显示界面上，可利用颜色编码来区分信息类型。确保颜色编码的含义与人们的期望相一致，并将编码色的数量限制在一个较小范围内，编码色要有足够的大小、亮度和颜色对比度。此外，当操作者做出快速和准确的反应显得非常重要时，尽量不使用颜色编码。

3.2.5 符号

显示器中符号的设计必须依据使用者的文化习惯，确保符号是有意义的，并且不和其使用传统等相悖。同时，应将符号与图形、颜色一起使用，还得考虑符号与背景的对比度关系。好的符号应该尽量对称、凸起，并且应该相对于它呈现的背景占据一个相对小的区域。此外，符号应该尽量是水平或垂直朝向，而不是对角朝向。

3.2.6 图标设计

图标是一种用来表征客体、概念、过程、应用或者数据的象形的符号。图标由符号或图形组成，这些符号和图形不仅提供了视觉表征，也提供了执行一种相关动作的经过编码的指令。在设计图标时要充分考虑使用者。图标要设计得具有普遍性，能让使用者理解并在应用中使用。也要确保图标可以在所有的可预见的操作环境中使用，也可以在佩戴夜视设备时使用。同时，图标设计应充分考虑其功能、一致性、外观和标准化。

4 编制我国飞机显示字符标准的建议

随着我国飞机的快速发展，对飞机显示器的显示字符提出了新的需求，特别是新一代战机的发展，如智能航空武器火力指挥控制系统、多机协同多目标攻击、智能悬挂物管理等技术的应用，都对显示技术和显示信息提出了新的要求，为适应这些新的发展变化，有必要对现有显示器字符标准进行修订。经分析，建议将现有的3项显示器字符国军标进行合并，在参考国外最新的MIL–STD–1787《飞机显示器字符》标准基础编制我国飞机显示器字符标准。主要基于以下考虑：

一是GJB 300–1987《飞机平视显示器字符》和GJB 301–1987《飞机下视显示器字符》两项标准中有许多字符是共用的，而且个别字符产生了同一信息在不同的显示器上以不同的字符显示的状况，给显示器的研制和应用带来了不应有的问题，有必要合并。

二是各种主机符号库在编制符号时从未考虑过“平视显示器用字符”与“下视显示器用字符”，而是从战机的战术要求和作战需求编制，编制的显示器字符既可用于平视显示器，也可用于下视显示器，因此将两项标准的合并编制飞机显示器字符，有利于主机单位编制显示器字符。

三是现在产品符号实际要求的汉字量远远多于GJB 302–1987《飞机电/光显示器汉字和用语》中定义的500多个汉字。将GJB 302–1987的主要内容纳入飞机显示字符标准中是可行的，并更有利于标准的贯彻实施。

四是随着飞机座舱显示技术的发展和显示布局的改进，如美国JSF–35飞机，采用头盔显示器与大屏幕显示器，不使用平视显示器，由此再分平视显示器与下视显示器字符就没有意义了。