2014-10-31 趙歡歡 航佳技術(shù)

平視顯示器（以下簡稱HUD），利用高度完整的計(jì)算機(jī)架構(gòu)將地面導(dǎo)航信息以及飛行姿態(tài)信息投射到飛行員前面的透明顯示器上，以便于飛行員在不低頭的情況下讀取相關(guān)儀表信息，結(jié)合風(fēng)擋外部實(shí)景的疊加，從而更加全面的掌握飛行動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化飛行。HUD最初來源于軍工方面的運(yùn)用，上世界八十年代，HUD開始裝備于民航干線飛機(jī)，隨后快速發(fā)展，甚至衍生到一些民用產(chǎn)品，如一些高檔汽車上也開始安裝類似的設(shè)備。目前生產(chǎn)平視顯示器的廠家有美國羅克韋爾·柯林斯和歐洲泰雷茲公司，分別為波音和空客飛機(jī)提供設(shè)備服務(wù)，本文就泰雷茲HUD產(chǎn)品的系統(tǒng)原理，結(jié)合中國民航HUD應(yīng)用路線圖，對(duì)空客系列飛機(jī)的HUD系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

一. 平視顯示器的工作原理

HUD的工作原理概括起來講就是收集和處理飛機(jī)上一些重要參數(shù)，并將這些參數(shù)投影到風(fēng)擋前面的顯示器中，幫助駕駛員增強(qiáng)情景意識(shí)和狀態(tài)管理，其功能的實(shí)現(xiàn)它依賴于以下組件：

1. Head-Up Display Computer （HUDC）

HUDC是HUD系統(tǒng)的核心計(jì)算機(jī)，它安裝在電子艙，用于綜合處理從飛機(jī)其他系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)，以ARINC600數(shù)據(jù)格式發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)到HPU組件，同時(shí)管理HUD系統(tǒng)的BITE功能。

2. Head-Up Projection Unit （HPU）

HPU安裝在機(jī)長位頭頂版上，主要用于將從HUDC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)生成圖像，投影在HCU上。

3. Head-Up Combiner Unit （HCU）

HCU組件安裝于風(fēng)擋前面，用于顯示從HPU投影過來的圖像，同時(shí)因?yàn)槭峭该鞑ＡР牧现瞥桑粫?huì)遮擋駕駛員觀察風(fēng)擋外面的視線。HCU還包含一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，用于顯示組件的正常收放和緊急情況下的伸出鎖定。

4. Personnalization Memory Module （PMM）

HUD上所有關(guān)鍵的飛行信息都與駕駛員外部視野保持精確地正形投影，因而需要對(duì)HPU進(jìn)行機(jī)械安裝校準(zhǔn)以及電子軸線校準(zhǔn)，電子軸線校準(zhǔn)通過PMM來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)PMM對(duì)應(yīng)一架飛機(jī)，不能隨意交換。

5. 控制面板

安裝在機(jī)長前面的遮光板上，用于HCU亮度的調(diào)節(jié)以及主要次要參數(shù)的篩選。

HUD系統(tǒng)本身不具備計(jì)算重要飛行參數(shù)的能力，HUD所顯示的數(shù)據(jù)可以說是PFD以及ND上顯示重要數(shù)據(jù)的綜合，但是信號(hào)來源并不是DMC計(jì)算機(jī)，而是全部直接來源于飛機(jī)其他系統(tǒng)，以下對(duì)關(guān)聯(lián)計(jì)算機(jī)做簡要說明：

1. FMGC。FMGC分為兩個(gè)部分，分別是FM和FG。FM輸出相應(yīng)信息至HUDC，用于顯示FMA上部分信息，DH、MDA等重要飛行參數(shù)；而FG輸出的數(shù)據(jù)有飛機(jī)擦尾指示、飛行指引信息等。

2. FCU。FCU同樣輸出顯示部分FMA上的信息，如自動(dòng)駕駛、自動(dòng)油門、飛行指引的銜接狀態(tài)，選擇的航向（或航跡）。

3. FAC。FAC輸出數(shù)據(jù)用于顯示縱向加速度、速度帶上的特性速度、速度限制、速度趨勢有關(guān)信息。

4. ADIRU也分為兩個(gè)部分，ADR和IR。ADR輸出大氣數(shù)據(jù)相關(guān)信息顯示，包含有空速、高度的顯示；IR輸出飛機(jī)的俯仰、橫滾姿態(tài)信息、航向、升降速度以及超限的警告信息。

5. MMR. MMR是機(jī)載ILS和GPS的集成計(jì)算機(jī)，其中ILS部分輸出與儀表著落的相關(guān)信息至HCU，包含橫向和下劃線的偏離指示，顯示的位置與PFD上類似，ILS頻率和臺(tái)的代碼信息，顯示在顯示器的左下方。

6. TCAS. HUD系統(tǒng)可以顯示TCAS的相關(guān)信息，在TCAS/ RA告警中，HUD會(huì)顯示一組直觀、易于理解的符號(hào)，讓駕駛員柔和地進(jìn)入確指定的安全指示框內(nèi)并避免進(jìn)入非安全區(qū)。

7. 其他系統(tǒng)。包括RA計(jì)算機(jī)輸出的無線電高度信息，GPWC輸出的金地警告信息，DME/VOR計(jì)算機(jī)輸出的方位距離信息（顯示在左下方），LGCIU輸出的空地信息等。

二.平視顯示器的優(yōu)勢

鑒于HUD的上述特點(diǎn)，ICAO附件6認(rèn)可了其對(duì)安全和效益的作用，據(jù)最新的調(diào)查數(shù)據(jù)分析，68%的飛機(jī)事故可以通過使用HUD來避免或降低損害程度。根據(jù)中國民航HUD應(yīng)用線路圖的描述，從安全和運(yùn)行兩個(gè)方面來說，HUD有以下主要優(yōu)勢：

1、安全方面的優(yōu)勢

保持平視起飛

HUD的安裝，讓駕駛員在不低頭的情況下完成飛機(jī)的啟動(dòng)成為可能。試想一下，在飛機(jī)告訴滑跑的情況下，任何一個(gè)低頭查看儀表的動(dòng)作都會(huì)造成外部視景的中斷，需要幾秒鐘才能恢復(fù)情境意識(shí)，若此時(shí)有外來物或其他飛機(jī)，駕駛員根本來不及采取措施避讓，給起飛安全帶來安全隱患。

實(shí)行低能見度起飛

低能見度起飛時(shí)HUD特有功能，它可以提供給駕駛員使用HUD指引來引導(dǎo)飛機(jī)的能力。在低能見度，駕駛員可以獲得最低可用的起飛最低標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)對(duì)突發(fā)情況

如發(fā)生風(fēng)切變、飛機(jī)的飛正常姿態(tài)以及空中其他飛機(jī)的入侵，這些信息均能顯示在HUD上，而且相對(duì)于傳統(tǒng)儀表的顯示更加直觀和形象，有助于駕駛員從容應(yīng)對(duì)。

2. 運(yùn)行方面的優(yōu)勢

HUD增加了飛機(jī)的運(yùn)行能力，降低了最小起飛和著落天氣標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合ILS的運(yùn)用，經(jīng)過局方的特殊批準(zhǔn)，航空公司可以在I類儀表著陸實(shí)施特殊批準(zhǔn)的I類、II類、III類運(yùn)行。目前國內(nèi)大多數(shù)的機(jī)場只能實(shí)施傳統(tǒng)的I類運(yùn)行，在遇到惡劣天氣的情況下，飛機(jī)不滿足運(yùn)行最低天氣標(biāo)準(zhǔn)，從而造成大面積的航班延誤。而HUD的安裝將有效解決這個(gè)問題，未來待HUD運(yùn)行成熟后，因天氣原因造成的航班延誤將會(huì)逐步下降。目前世界上的許多民航當(dāng)局都批準(zhǔn)了HUD專有的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，中國民航批準(zhǔn)的HUD低于標(biāo)準(zhǔn)I類運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)為：能見度從550米降低到450米，決斷高度從60米降低到45米。

三.平視顯示器在國內(nèi)的發(fā)展

國內(nèi)引進(jìn)HUD技術(shù)較晚，中國民航將分三個(gè)階段來推進(jìn)HUD的實(shí)施運(yùn)行：

第一階段（2013-2015）

鼓勵(lì)航空器營運(yùn)人在新訂購的航空器上安裝HUD設(shè)備，2013年之前完成HUD改裝規(guī)劃，在2015年之前，20%的航空器應(yīng)具備HUD運(yùn)行能力。機(jī)場方面，2015年底前，將完成全國30%的機(jī)場HUD運(yùn)行前期評(píng)估，當(dāng)評(píng)估符合運(yùn)行條件時(shí)，在進(jìn)近圖中公布特殊I類運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)和起飛最低標(biāo)準(zhǔn)。

第二階段（2016-2018）

營運(yùn)人應(yīng)考慮在新購飛機(jī)上安裝雙套HUD設(shè)備，2018年底前，需要在50%的服役航空器上加裝HUD系統(tǒng)，建立HUD運(yùn)行能力，完成相關(guān)培訓(xùn)并向局方申請(qǐng)認(rèn)證。屆時(shí)國內(nèi)所有機(jī)場需要完成HUD運(yùn)行評(píng)估，對(duì)設(shè)備、設(shè)施做相應(yīng)升級(jí)，公布在I類儀表著陸系統(tǒng)上實(shí)施特殊I類、II類和起飛最低標(biāo)準(zhǔn)。在減少機(jī)場設(shè)施成本的同時(shí)，獲得相同的運(yùn)行優(yōu)勢，使機(jī)場具備更高的運(yùn)行保障能力。

第三階段（2019-2021）

隨著HUD技術(shù)的普及應(yīng)用，使用HUD運(yùn)行應(yīng)作為航空運(yùn)營人所必備的運(yùn)行能力之一。所有新建、改擴(kuò)建機(jī)場合格I類運(yùn)行跑道均應(yīng)具備使用HUD實(shí)施特殊II類運(yùn)行的能力，經(jīng)過評(píng)估后可具備III類運(yùn)行條件，可根據(jù)運(yùn)行需要在進(jìn)近圖中公布適用的最低標(biāo)準(zhǔn)。

就目前來說，山東航空的波音737系列飛機(jī)安裝COLLINS HUD產(chǎn)品，在2011年成為國內(nèi)首家取得局方特殊批準(zhǔn)I類運(yùn)行的航空公司，2014年東航319型飛機(jī)裝備泰雷茲的HUD系統(tǒng)，是國內(nèi)首家在空客飛機(jī)上安裝HUD的營運(yùn)人，目前尚處于申請(qǐng)認(rèn)證階段，待完成后將實(shí)施運(yùn)行。

四.結(jié)束語

隨著航空運(yùn)輸量不斷增長，公眾對(duì)民航運(yùn)輸安全正點(diǎn)期望值的提高，現(xiàn)行的機(jī)場設(shè)施很難滿足航班運(yùn)行的需求，加上天氣多變、空域限制等因素，給航班保障帶來巨大挑戰(zhàn)。HUD作為先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備和航行技術(shù)相結(jié)合降低了對(duì)機(jī)場地面設(shè)施的要求，降低了運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，減少在復(fù)雜環(huán)境下出現(xiàn)人為操作和判斷失誤的概率。當(dāng)前，作為民航從業(yè)者我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，全力配合局方對(duì)于HUD運(yùn)行實(shí)施的要求，同時(shí)要強(qiáng)化自我學(xué)習(xí)，盡快掌握機(jī)載HUD系統(tǒng)的原理、故障診斷和運(yùn)行常識(shí)，盡自己最大的力量推進(jìn)HUD新技術(shù)的應(yīng)用，為建設(shè)民航強(qiáng)國書寫新的篇章。

作者簡介：

趙歡歡，目前供職于東航工程技術(shù)公司浦東維修基地，擔(dān)任空客電子技術(shù)支援工程師一職，主要負(fù)責(zé)空客320、330機(jī)型電子技術(shù)支援與培訓(xùn)工作，曾牽頭排除多起電子系統(tǒng)疑難故障，對(duì)空客系列飛機(jī)的航電系統(tǒng)以及航電新技術(shù)應(yīng)用較為熟悉。

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