平视显示器

✍ dations ◷ 2025-12-02 19:16:32 #军事装备,航空仪表

平视显示器(英语:Head Up Display,缩写HUD)是一种目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上,降低飞行员需要低头查看仪表的频率,避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。因为HUD的方便性以及能够提高飞行安全,民航机也纷纷跟进安装。部分汽车业者也以类似的装置作为行销的手段吸引顾客,不过使用上并不广泛。

虽然HUD目前广泛的使用在各类军用飞机上,但是并非任何位于座舱前方的装置都是HUD,有些只是单纯的光学瞄准器而已。

HUD是利用光学反射的原理,将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端,文字和影像被投射在镀膜镜片(析光镜)并平衡反射进飞行员的眼睛。飞行员透过HUD往前方看的时候,能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。由于反射进眼睛中的影像永远与飞机的中轴平衡,所以飞行员的身高不会对俯仰角或目视瞄准造成偏差。HUD设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料,始终保持抬头的姿态,降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。

HUD投射的资料主要与飞行安全有重要关系,譬如飞行高度,飞行速度,航向,垂直速率变化,飞机倾斜角度等等。使用于战斗环境时,还会加上目标资料,武器,目视瞄准器与发射的相关资料,预估命中点等等。这些显示的资料能够根据不同状况而变换。

HUD的前身是使用在战斗机上的光学瞄准器,这种瞄准器利用光学反射原理,将环状的瞄准圈光网投射在装置在座舱前端的一片玻璃或者是座舱罩上面,投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离上面,当飞行员瞄准目标的时候不会妨碍到眼睛的运作,维持清晰的显示。这种瞄准器最早出现是在第一次世界大战期间。到了第二次世界大战的时候开始被广泛利用。

HUD诞生的最重要关键是模拟电脑开始运用在飞机上。因为显示在HUD上的文字或者是图形需要经过处理之后产生,传统仪表产生的讯号无法直接使用在HUD的显示需求上,必须透过电脑处理转换之后,将需要的资料传递给HUD的显示单元,再将影像投射到前方的玻璃上。第一架使用HUD的飞机是美国海军的A-5舰载机。

民用航空是在1975年由法国Dassault飞机公司首先使用在Mercure飞机上面。1970年代晚期美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司在生产的MD-80系列飞机上开始采用HUD。

HUD的使用到了1970年代中期以后开始普遍化,除了美国本身以外,其他国家也陆续购买或者是研发相关的系统。然而这时候有一个新的衍生问题出现:由于HUD需要占用驾驶舱前方的空间,而这个空间又和座舱罩的设计有很大的关联,即使许多战斗机已经使用光学瞄准器,体积较大的HUD可能无法顺利安装在需要的位置上,导致日后座舱罩在设计上必须考虑预留HUD需要的空间。目前美国空军下一代战机“JSF”则已舍弃HUD,改采头盔显示器来取代HUD。

HUD将传统指针仪表提供的资料改以文字或者是数字表现,成为下一波军用机仪表显示改良:玻璃驾驶舱的起点。

HUD的基本架构包含两个部分:资料处理与影像显示。

资料处理单元是将飞机上各系统的资料整合处理之后,根据选择的模式转换成预先设定的符号,图形或者是以文字或者是数字的型态输出。有些产品将讯号处理与影像输出分成两个装置,不过大致上都是类似的工作方式。

影像显示装置就是安装在座舱前方,位于飞行员与座舱罩之间的空间上。影像显示装置接收来自资料处理装置的资讯,投射在玻璃上面。显示装置并且附有控制面板,能够调解或者是改变输出的影像。

新一代的HUD在影像显示方面的改良包括采用全像摄影(Holographic)显示方式,扩大显示影像的范围,尤其是增加水平上的视野角度,减少支架的厚度对于视野的限制与影响,增强不同光度与外在环境下的显示调整,强化影像的清晰度,与其他光学影像输出的配合,譬如说能够将红外线影像摄影机产生的飞机前方影像直接投射到HUD上,与其他的资料融合显示,配合夜视镜的使用以及采用彩色影像显示资料。

在资料处理单元上的改良包括提高处理的速率和效率,增加与其他新航空电子或者是感侧装置的资料接收能力,强化图形处理与产生功能等方面。

HUD是将影像投射在座舱前方的固定装置上,当飞行员转动头部的时候,这些影像就会暂时离开他的视野范围。因此有人建议将影像直接透射在附加于飞行员的头盔前方,随时与飞行员的视野范围重合。

美国是最早研究头盔显示器的国家之一,代号为的头盔瞄准具曾在1960年代于F-4战斗机上进行短暂试验,但是并未进入量产。苏联是第一个正式在战斗机上采用头盔瞄准器的国家,譬如米格-29使用ZSh-3UM头盔瞄准器,搭配R73(北约编号AA-11)空对空导弹使用。

不过头盔瞄准器只是光学瞄准器的衍生产品,无论是在显示的资料量以及功能上都必须与HUD密切配合,譬如苏联的头盔瞄准器只是作为R73导弹的射击指挥为主,不提供其他飞行所需要的资料。更进一步的功能强化版被称为头盔显示器(Helmet Display),他将HUD与其他相关功能整合之后,直接投射在飞行员头盔前方。

美国把更近一步的头盔显示/瞄准系统(IHADDS)应用在AH-64阿帕契上,IHADDS分为两个部分:头盔显示系统(Helmet Display System,HDS)及头盔追踪系统(Head Tracking System,HTS)。其中,HDS包含头盔显示单元(Helmet Display Unit,HDU)、电子显示单元(Display Electronic Unit,DEU)以及影像调节面板(Display Adjust Panel,DAP),主要功能是将基本飞行资料、武器射控资讯、PNVS的红外线影像以及TADS的摄影机影像投影在头盔右侧的HDS上(单眼)供乘员使用;至于HTS则包含四个单元:整合头盔单元(Integrated Helmet Unit,IHU)、感测器量度单元(Sensor Surveying Unit,SSU)、电子标定单元(Sight Electronic Unit,SEU)以及十字线瞄准单元(Boresight Reticle Unit,BRU),主要功能是利用红外线感应原理辨认飞行员头部的转动方向,然后连动机首感测器与机炮,使其与飞行员目光合而为一,大幅增加了AH-64A的战斗效率。除了头盔瞄准系统外,AH-64A的炮手席还设有传统的整体式光学中继管/瞄准单元(Optical Relay Tube/Display Unit,ORT/DU),用于接收TADS的光学直接瞄准仪的影像。

以美国服役不久的联合头盔显示系统(Joint Helmet Mounted Cueing System,JHMCS)可以取代HUD的显示功能,并且能够协助行员投射各种对空与对地武器,不局限于特定的导弹系统,当飞行员的视野与机上现有的HUD重叠的时候,JHMCS的影像会自动消失以免产生混淆。

相关

  • 麝猫麝猫(civet),又名麝香猫,是灵猫科的大部分物种。它们的身体细小及柔软,大部分栖息在树上。一般外表像猫,但鼻端较长及甚至是尖的,有点像水獭或獴。麝猫的长度不一,不计算尾巴约有0
  • 国家实验室美国能源部国家实验室与技术中心是指在美国能源部监管之下的一系列研究设施和实验室系统,目的是促进科学的研究和技术的进步,进而推动完成美国能源部的使命。截至2017年,美国能
  • 樊梨花樊梨花是中国文学作品中的虚构人物,是唐朝初年的一名女将。薛丁山之妻、薛刚之母。樊梨花本是西凉国女将,寒江关守将樊洪之女,由于爱上了唐朝大将薛仁贵之子薛丁山,反而帮助薛丁
  • 农业集体化运动农业集体化(俄语:Коллективиза́ция),苏联全联盟共产党中央委员会总书记斯大林,为实行共产主义的生产资料公有化方针,同时也为了为提高农业生产效率,提升农业生产技
  • 五角大楼五角大楼(英语:The Pentagon)是美国国防部所在地,位于华盛顿特区西南方的弗吉尼亚州阿灵顿县。由于其特殊的职能,所以有时“五角大楼”一词不仅仅代表这座建筑本身,也常常用作美国
  • 蟹黄汤包蟹黄汤包为江苏传统美食,明、清时期已经享有盛誉。其特色是皮薄如纸,以制作"绝"、形态"美"、吃法"奇"出名。蟹黄汤包的制作原料为螃蟹的蟹黄和蟹肉,汤为原味鸡汤。其中龙袍蟹黄
  • 北塔区北塔区是中国湖南省邵阳市所辖的一个市辖区。总面积95平方公里,总人口8.2万人。北塔区辖2个街道、3个乡:新滩镇街道、状元洲街道、田江乡、茶元头乡、陈家桥乡。
  • 美国例外论美国例外论(英语:American Exceptionalism),又译美国卓异主义、美国例外主义、美式例外主义,一种理论与意识形态,认为美利坚合众国是个独特的国家,与其他国家完全不同。为亚历西斯
  • 金藻金藻(学名:),群体生活,约有1500种,外观呈金黄褐色,光合色素包含叶绿素A、C、胡萝卜素、叶黄素、褐藻素,以昆布多糖(Laminarin,一种β1-3葡萄糖聚合物)为主要碳水化合物贮存形式,鞭毛为顶
  • 阿尔内·蒂塞利乌斯阿尔内·威廉·考林·蒂塞利乌斯(瑞典语:Arne Wilhelm Kaurin Tiselius,1902年8月10日-1971年10月29日),出生于斯德哥尔摩,瑞典化学家,1948年获诺贝尔化学奖。1971年逝世于乌普萨拉