2014-10-31 赵欢欢 航佳技术 平视显示器（以下简称HUD），利用高度完整的计算机架构将地面导航信息以及飞行姿态信息投射到飞行员前面的透明显示器上，以便于飞行员在不低头的情况下读取相关仪表信息，结合风挡外部实景的叠加，从而更加全面的掌握飞行动态，实现精细化飞行。HUD最初来源于军工方面的运用，上世界八十年代，HUD开始装备于民航干线飞机，随后快速发展，甚至衍生到一些民用产品，如一些高档汽车上也开始安装类似的设备。目前生产平视显示器的厂家有美国罗克韦尔·柯林斯和欧洲泰雷兹公司，分别为波音和空客飞机提供设备服务，本文就泰雷兹HUD产品的系统原理，结合中国民航HUD应用路线图，对空客系列飞机的HUD系统进行介绍。 一. 平视显示器的工作原理 HUD的工作原理概括起来讲就是收集和处理飞机上一些重要参数，并将这些参数投影到风挡前面的显示器中，帮助驾驶员增强情景意识和状态管理，其功能的实现它依赖于以下组件： 1. Head-Up Display Computer （HUDC） HUDC是HUD系统的核心计算机，它安装在电子舱，用于综合处理从飞机其他系统所获取的数据，以ARINC600数据格式发送相关数据到HPU组件，同时管理HUD系统的BITE功能。 2. Head-Up Projection Unit （HPU） HPU安装在机长位头顶版上，主要用于将从HUDC发送过来的数据生成图像，投影在HCU上。 3. Head-Up Combiner Unit （HCU） HCU组件安装于风挡前面，用于显示从HPU投影过来的图像，同时因为是透明玻璃材料制成，不会遮挡驾驶员观察风挡外面的视线。HCU还包含一个机械结构，用于显示组件的正常收放和紧急情况下的伸出锁定。 4. Personnalization Memory Module （PMM） HUD上所有关键的飞行信息都与驾驶员外部视野保持精确地正形投影，因而需要对HPU进行机械安装校准以及电子轴线校准，电子轴线校准通过PMM来实现，一个PMM对应一架飞机，不能随意交换。 5. 控制面板 安装在机长前面的遮光板上，用于HCU亮度的调节以及主要次要参数的筛选。 HUD系统本身不具备计算重要飞行参数的能力，HUD所显示的数据可以说是PFD以及ND上显示重要数据的综合，但是信号来源并不是DMC计算机，而是全部直接来源于飞机其他系统，以下对关联计算机做简要说明： 1. FMGC。FMGC分为两个部分，分别是FM和FG。FM输出相应信息至HUDC，用于显示FMA上部分信息，DH、MDA等重要飞行参数；而FG输出的数据有飞机擦尾指示、飞行指引信息等。 2. FCU。FCU同样输出显示部分FMA上的信息，如自动驾驶、自动油门、飞行指引的衔接状态，选择的航向（或航迹）。 3. FAC。FAC输出数据用于显示纵向加速度、速度带上的特性速度、速度限制、速度趋势有关信息。 4. ADIRU也分为两个部分，ADR和IR。ADR输出大气数据相关信息显示，包含有空速、高度的显示；IR输出飞机的俯仰、横滚姿态信息、航向、升降速度以及超限的警告信息。 5. MMR. MMR是机载ILS和GPS的集成计算机，其中ILS部分输出与仪表着落的相关信息至HCU，包含横向和下划线的偏离指示，显示的位置与PFD上类似，ILS频率和台的代码信息，显示在显示器的左下方。 6. TCAS. HUD系统可以显示TCAS的相关信息，在TCAS/ RA告警中，HUD会显示一组直观、易于理解的符号，让驾驶员柔和地进入确指定的安全指示框内并避免进入非安全区。 7. 其他系统。包括RA计算机输出的无线电高度信息，GPWC输出的金地警告信息，DME/VOR计算机输出的方位距离信息（显示在左下方），LGCIU输出的空地信息等。
二.平视显示器的优势 鉴于HUD的上述特点，ICAO附件6认可了其对安全和效益的作用，据最新的调查数据分析，68%的飞机事故可以通过使用HUD来避免或降低损害程度。根据中国民航HUD应用线路图的描述，从安全和运行两个方面来说，HUD有以下主要优势： 1、安全方面的优势 保持平视起飞 HUD的安装，让驾驶员在不低头的情况下完成飞机的启动成为可能。试想一下，在飞机告诉滑跑的情况下，任何一个低头查看仪表的动作都会造成外部视景的中断，需要几秒钟才能恢复情境意识，若此时有外来物或其他飞机，驾驶员根本来不及采取措施避让，给起飞安全带来安全隐患。 实行低能见度起飞 低能见度起飞时HUD特有功能，它可以提供给驾驶员使用HUD指引来引导飞机的能力。在低能见度，驾驶员可以获得最低可用的起飞最低标准。 应对突发情况 如发生风切变、飞机的飞正常姿态以及空中其他飞机的入侵，这些信息均能显示在HUD上，而且相对于传统仪表的显示更加直观和形象，有助于驾驶员从容应对。 2. 运行方面的优势 HUD增加了飞机的运行能力，降低了最小起飞和着落天气标准，结合ILS的运用，经过局方的特殊批准，航空公司可以在I类仪表着陆实施特殊批准的I类、II类、III类运行。目前国内大多数的机场只能实施传统的I类运行，在遇到恶劣天气的情况下，飞机不满足运行最低天气标准，从而造成大面积的航班延误。而HUD的安装将有效解决这个问题，未来待HUD运行成熟后，因天气原因造成的航班延误将会逐步下降。目前世界上的许多民航当局都批准了HUD专有的运行标准，中国民航批准的HUD低于标准I类运行的标准为：能见度从550米降低到450米，决断高度从60米降低到45米。 三.平视显示器在国内的发展 国内引进HUD技术较晚，中国民航将分三个阶段来推进HUD的实施运行： 第一阶段（2013-2015） 鼓励航空器营运人在新订购的航空器上安装HUD设备，2013年之前完成HUD改装规划，在2015年之前，20%的航空器应具备HUD运行能力。机场方面，2015年底前，将完成全国30%的机场HUD运行前期评估，当评估符合运行条件时，在进近图中公布特殊I类运行最低标准和起飞最低标准。 第二阶段（2016-2018） 营运人应考虑在新购飞机上安装双套HUD设备，2018年底前，需要在50%的服役航空器上加装HUD系统，建立HUD运行能力，完成相关培训并向局方申请认证。届时国内所有机场需要完成HUD运行评估，对设备、设施做相应升级，公布在I类仪表着陆系统上实施特殊I类、II类和起飞最低标准。在减少机场设施成本的同时，获得相同的运行优势，使机场具备更高的运行保障能力。 第三阶段（2019-2021） 随着HUD技术的普及应用，使用HUD运行应作为航空运营人所必备的运行能力之一。所有新建、改扩建机场合格I类运行跑道均应具备使用HUD实施特殊II类运行的能力，经过评估后可具备III类运行条件，可根据运行需要在进近图中公布适用的最低标准。 就目前来说，山东航空的波音737系列飞机安装COLLINS HUD产品，在2011年成为国内首家取得局方特殊批准I类运行的航空公司，2014年东航319型飞机装备泰雷兹的HUD系统，是国内首家在空客飞机上安装HUD的营运人，目前尚处于申请认证阶段，待完成后将实施运行。 四.结束语 随着航空运输量不断增长，公众对民航运输安全正点期望值的提高，现行的机场设施很难满足航班运行的需求，加上天气多变、空域限制等因素，给航班保障带来巨大挑战。HUD作为先进的机载设备和航行技术相结合降低了对机场地面设施的要求，降低了运行标准，减少在复杂环境下出现人为操作和判断失误的概率。当前，作为民航从业者我们应当加强认识，全力配合局方对于HUD运行实施的要求，同时要强化自我学习，尽快掌握机载HUD系统的原理、故障诊断和运行常识，尽自己最大的力量推进HUD新技术的应用，为建设民航强国书写新的篇章。 作者简介： 赵欢欢，目前供职于东航工程技术公司浦东维修基地，担任空客电子技术支援工程师一职，主要负责空客320、330机型电子技术支援与培训工作，曾牵头排除多起电子系统疑难故障，对空客系列飞机的航电系统以及航电新技术应用较为熟悉。 航佳技术（AERO-EXPERT）,您身边的飞机维修交流平台，最专业的航空技术平台，无数精彩原创的平台，众多专家参与的平台！ 您的关注会鼓励我们继续前行，您的参与会令我们更加专业，谢谢阅读到这里。 |
