民航领域HUD技术浅析

刘小磊

摘 要：本文介绍了HUD技术在军事领域的产生，并在汽车、民航领域的应用。同时，对民航领域的HUD相关技术作了说明，阐述了HUD与其它航行新技术的结合及发展。

关键词：HUD 民航 航行新技术

中图分类号：V24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0228-01

HUD（Head-Up Display）即平视显示系统。它将重要的飞行信息投影在外部世界的视像上。HUD能显示基本的飞行信息（飞行参数、姿态信息、能量状态、导航信息等），同时还能显示特殊的告警信息（擦机尾余度、TCAS安全区、迎角限制等）。它使得飞行员在飞行中，无需低头俯视仪表，就可以从视野前方的组合器中，获取所需的信息。从而增加飞行员的情景意识，减轻机组工作负荷，提高飞行员操纵的精确性，对提高飞行品质和飞行安全具有重要的意义。同时，提高全天候运行能力，大大提高航班的准点率。因此，该技术也是中国民航在近、中、远期规划中，拟推广的重要技术之一。

1 HUD发展简介

HUD技术来源于军工，该技术的发展大大提高了军用飞机的作战效能。现在该技术也逐渐从军工走向民用。特别在民航领域和汽车领域，都有广泛的应用。

1.1 HUD在军事领域的应用

HUD演变于二战之前，军机上采用无视差光学瞄准技术的反射瞄准镜。其早期的型号，首先将一些基本信息添加到反射瞄准镜中，比如：在陀螺瞄准器中投影飞机空速和转弯率，从而改进十字线的瞄准，使操作手能精确地打击移动目标。随着该技术的进步，更多的信息被加入反射镜中。后续的HUD甚至可以显示根据飞机的空速和迎角，计算后的射击方案，极大地提高了空战中飞行员的射击精度。

早期投弹瞄准器与现在HUD上的飞行航迹视觉指引类似——将人机交互界面整合。

目前HUD技术，广泛用于军用飞机。特别对于战斗/攻击机而言，HUD除了为飞行员显示提供常规的飞行参数、姿态信息，最重要是与火控系统结合，大大提高了作战效率。现在军事领域的HUD技术，正朝着HMS（Helmet Mounted Display头盔显示系统）发展，即将所需的飞行信息、火控信息等，可以直接投射显示在飞行员头盔前方的玻璃镜上。

1.2 HUD在汽车行业的应用

1988年，HUD第一次以选装的安全配置出现在通用车型上。现在越来越多高档车型采用HUD，例如BMW：投射半透明影像在驾驶员视线前2米位置（无需视觉焦点从路面到投影间转换），信息采用全色彩显示（根据信息重要性分类，用不同色彩标记），显示参数除了常规的速度、转速、油量等外，结合导航系统进行路面实时领航信息，并有行人告警，还可与夜视系统整合。BMW声称HUD可使平均行驶速度比无HUD快50%。

1.3 HUD在民航领域的应用

在1987年，阿拉斯加航空首次将其用于民航载客飞行，其机队的23架波音727-200型运输客机装备HGS，为IIIA类标准运行提供手动着陆解决方案。解决了在复杂地形和天气条件下的航路及机场的飞行安全问题。

2 民航领域HUD相关技术

民航领域，HUD技术经历了快速的发展。它与其他航行新技术结合，可进一步提高飞行员的状态感知能力，使得航空器在更低的标准下可运行。下文就列举了民航领域，与HUD结合的航行新技术。

2.1 HGS（Head-up Guidance System）平视引导系统

罗克韦尔·柯林斯公司研发的HUD系统的注册商标。将关键信息投影到外部世界视像上，在整个飞行阶段为飞行员提供飞行指引，其特点是：（1）显示符号聚焦于无穷远。（2）符号与外部世界的视像完全叠加（无需视觉焦点转换）。（3）提供相应的飞行指引（着陆及滑行、低能见度起飞、拉平指引等）。

2.2 EVS（Enhanced Vision System）增强视景系统

利用一种电子方式，向航空器驾驶员提供经传感器产生的或增强的外部环境图像（例如：毫米波雷达、FLIR红外前视仪等）。

2.3 EFVS（Enhanced Flight Vision System）增强飞行视景系统

利用一种电子方式，通过使用图像传感器，例如：前视红外线（FLIR）、毫米波辐射测量技术、毫米波雷达或微光图像增强，把前向的外部环境的地图提供显示给驾驶员（该地形图显示区域内的自然或人工障碍物，包括它们的相对位置和标高）。

2.4 SVS（Synthetic Vision System）合成视景系统

利用机载的地形数据库，以计算机生成的3维地形和障碍物数据库为基础形成的虚拟视景。它多数呈现在下显上，并与GPS精密导航系统相连，为飞行员提供了飞机外环境的描述，并以“空中高速路”的管道方式引导飞行的航路。

该系统不仅可与地形回避告警系统（TAWS）、空中交通防撞系统（TCAS）接口，还能与提供告警和提示，甚至与近似于实时的气象信息数据链相结合。该系统还能提供低能见度条件下的滑行和起飞导引。

SVS与EFVS的区别在于：“增强视景系统（SVS）是通过一种电子方式，为机组显示外部地形场景”SVS图像是计算机生成，并非外界“实时”图像（EVFS是“实时”图像）需要地形及障碍物数据库，并需要精确的导航解决方案（实现实时位置与数据库精确叠加）。

3 结语

HUD技术作为一种航行新技术，来源于军工，并引入到民航领域。是未来中国民航主要推广的航行新技术之一。它的引入将提高飞行员的情景意识和飞行品质，促进运行安全；同时也提高民航的全天候运行能力，减少航班延误。这对航班密集、运行条件复杂的中国民航来说，将会带来丰厚的运行收益。

参考文献

[1] 周宁，孟令光.HUD——提升飞行安全的有力工具[J].航空安全，2012（4）.

[2] 费益，季小琴，程金陵.平视显示系统在民用飞机上的应用[J].电光与控制，2012，19（3）.

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