有了这副“眼镜”，飞机穿越迷雾不是事儿

制作|网易新闻

作者|洪湖，科技发烧友

随着社会经济的发展和民航的普及，航空旅行已经成为许多人商务旅行的首选交通方式。然而，在恶劣天气的情况下，飞机将或不能起飞和待命或在空中降落，严重影响人们的旅行体验。

那么，有什么技术或设备可以应对天气对飞行的影响吗？是的，这是平视显示器。

(一)战场形势变化迅速，平视显示可以提高军用飞机的战斗力

与许多技术类似，平视显示器也首次应用于军用飞机。

随着军用飞机功能的多样化，各种传感技术被应用到飞机上。飞行员在控制飞机和进行空战时接收到的信息呈爆炸式增长，这使得平视显示器成为综合航电火控系统的重要组成部分，其技术水平也成为军用飞机先进与否的判断标准。

早期的飞行员在驾驶舱前使用大量的仪器来掌握飞机的状态。随着飞机速度、高度和航程的增加，控制飞机的系统越来越多，不再受挤压的仪表板逐渐被各种显示屏取代。通过这些屏幕上提供的信息，飞行员可以很容易地控制飞机，而不必在一定程度上观察外部环境。

然而，战场环境瞬息万变，飞行员仍然需要通过对目标和地形的目视观察，快速直观地判断战区的总体情况和敌我情况。当某些数据信息需要准确获取时，飞行员必须再次低头看驾驶舱内的仪表显示，因此飞行员的视线将不可避免地在观察外界和观察驾驶舱仪表两种状态之间切换。

(早期战斗机座舱的前面密密麻麻地布满了仪器)

然而，当观察对象从座舱仪表切换到外部或者从外部回到座舱仪表以适应视距和亮度的变化时，人类眼球结构的特性使得有必要调整透镜的凹凸度来改变聚焦状态。在这个过程中，肌肉的收缩和放松不会在一夜之间实现，所以这个目标在大约0.8秒内是看不见的。

对于普通飞行来说，0.8秒可能不是什么大问题，但在紧急空气条件或复杂天气和地形的情况下，这种短期模糊视觉是极其危险的，可能会延误战斗机或危及自身安全。

为了准确掌握战斗机，提高空战水平，光学瞄准镜——平视显示器(HUD)的前身，在第一次世界大战期间开始出现在战斗机上。它利用光学反射原理，将一个环形瞄准环光学网投射到驾驶舱前端的玻璃罩上，使飞行员在瞄准时不会干扰眼睛的操作，并能保持视觉的清晰度。

类似地，HUD将计算机处理的各种传感器和飞机系统的信息以字符、图像等形式投射到飞行员面前的半透明玻璃屏幕中，并且该信息被平行地反射到飞行员的眼睛中。当飞行员通过平视显示器向前看时，他可以很容易地叠加和融合飞机外部的背景和平视显示器的显示数据，从而不仅掌握飞行相关的信息，还可以观察外部的景物。

另一方面，平显显示的数据可以根据不同的要求独立设置:正常情况下，只显示飞行速度和航向等基本飞行安全数据；战斗期间，补充目标数据、武器、瞄准镜和其他与发射相关的信息。信息容量和显示灵活性的增加弥补了原始眼睛扫描不同仪表时可能遗漏的重要信息。

(由歼20战斗机飞行员装备的TK-XX HMD)

平显的便利性和高效率使其在战斗机上迅速流行。考虑到平显作为一套完整的显示系统，需要在座舱内占据一定的空间，特别是与座舱盖的整体设计有关，出现了一种功能集成度更高的头盔显示器来代替它。

(2)彻底改变飞行习惯，使用平视显示器帮助民用飞机降低事故率

平视显示器作为一种新型光电设备，从根本上改变了飞行员的飞行习惯，提供了一种更加灵活方便的选择。因此，在军用飞机上推广后，许多民用飞机开始安装，为飞行员提供必要的飞行信息显示。

民用飞机上的平显与军用飞机上的平显具有相同的功能。它可以确保飞行员不用低头看仪器就能检查飞机的外部信息，还可以增加飞行路线等信息。

一个完整的民用飞机平显系统包括组合器、投影仪、平显计算机、平显显示控制面板等主要部件。

(平显系统组件物理图:组合器、投影设备、计算机和控制面板)

设备舱内的平显计算机负责接收来自机上其他航空电子设备的各种数据，如速度、加速度、姿态、位置、风速、导航信息、导航提示、报警信息等。(显示在各种仪器和显示器上)。接收到的相关信息被处理、处理并融合成诸如图像或字符的信息，这些信息可以由计算机在平视显示器上可视地显示，然后通过视频接口传输到飞行员头部的投影设备。

在接收到图像、视频和其他信息之后，投影设备在经过一定的失真校正和电光信号转换之后，将图像投影到飞行员前面的组合器上。组合器中特殊光学玻璃上显示的图像可以与飞机的外部场景叠加。因此，飞行员不仅可以了解飞行相关信息，还可以通过组合器观察飞机的外部场景变化。

仪表板上的抬头显示器控制面板使驾驶员能够控制抬头显示器操作模式并监控抬头显示器操作状态。

(典型民用飞机平显的组成、交联和机载布局:投影装置直接安装在飞行员头部上方，组合器安装在飞行员前方，平显显示控制面板安装在仪表板上，平显计算机安装在飞机的设备舱内)

在民用飞机上安装抬头显示器的好处是显而易见的，尤其是在起飞和着陆阶段，飞行员必须时刻注意飞机外部的环境(统计结果显示，至少有1/3的飞行事故发生在这个阶段)。配备大视野平视显示器的飞机可将事故率降低近40%。

这本身也得益于民用飞机平显系统的特殊设计。毕竟，平视显示器仅显示民用飞机上飞机的状态信息是不够的。

以恶劣天气下的起飞为例。在雾中、夜间和其他条件下的起飞和着陆需要视觉增强系统(EVS)生成的图像来辅助。由平显和EVS组合的增强飞行视觉系统(EFVS)不需要飞行员低头看原始仪表板上生成的辅助图像。模拟的地形图像直接显示在平视显示器上，辅助雷达、红外探测器等获得的信息拟合结果可以“恢复”飞行员在正常天气下“看到”的跑道，所以低能见度、大雨和夜间着陆不成问题。

配备平视显示器的飞机，即使能见度在200米至400米之间，也能安全起降，有效提高民用飞机起降的安全性，提高恶劣天气条件下航班的正点率。

(EFVS对提高飞行能见度的影响)

除了在起飞和着陆时为飞行员提供辅助图像引导，平显还可以提供可视飞行路径和理论飞行路径。在飞机爬升、巡航和下降过程中，平视显示器还能显示飞机的加速和减速状态，并能与计算机计算的理论所需速度进行比较。

在滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆和运行阶段，飞行员可以通过平视显示器连续监控飞机的状态和轨迹，并根据飞行指令飞行，而无需反复观察仪表板上的几个不同显示。

(平视显示器在民用飞机不同飞行阶段的作用)

(3)打破外国技术的垄断，中国终于有了自己的平视显示器

目前，中国民航运输总周转量居世界第二位，各类定期航班近2000架次，各类飞机1600多架。民航运输总量年均增长10%以上。

根据中国民用航空局发布的平视显示器应用路线图，目前生产的新飞机和航空公司在采购飞机时必须使飞机基本上配备平视显示器，并在平视显示器的基础上尽可能多地安装EVS设备。未来，所有在役飞机都需要加装平显，EVS将根据需要和适用的平显进行安装。

因此，无论是现有飞机的平显改造，还是新型飞机的平显设备，都是一个巨大的市场，尤其是我国目前正在开发的大型飞机项目，使用国产平显势在必行。

(珠海航展国内综合驾驶舱显示系统)

平显作为世界上技术先进的机载光学显示系统，具有很高的技术要求。简而言之，它必须至少满足以下要求:

渗透性:对于组合器上的光学组件，不仅要求实现平视显示器的正常成像，而且不影响外部视觉观察；

平视:对于投影设备，其在组合器上的成像必须在飞行员前方，以便飞行员能够保持平视控制飞行；

准直:为了将成像结果与外部场景完美结合，平视显示器需要采用准直光学设计，以便组合器上的准直图像可以聚焦在人眼的无限远处。

等角性:当计算机处理图像等信息时，除了使飞行员在平视显示器上看到的轨迹向量等符号的位置与它们在实际空间角度中所代表的物理量一致之外，平视显示器的光路也需要以等角方式设计，以便显示的图像能够与外部景物以1:1的比例重合；

兼容性:所有平显组件需要与其他航空电子设备有良好的兼容性。

中国机载平视显示器的自主研发始于20世纪80年代，在充分自主探索的条件下，实现了军用平视显示器产品的系列化、标准化和大批量生产。近十年来，基于国家民机产业化的战略需要，平显克服了许多技术壁垒，打破了国外垄断。

2013年，中国自主研发的平显获得了中国民用航空局颁发的适航证。国产大型飞机C919是国内首架拥有完全自主知识产权的民用飞机平显。产品多次成功参加各种国际航展。

此外，平视显示相关技术在日常生活中出现得更频繁。最典型的是车载平视显示器，它可以为驾驶员提供速度、转速和导航等基本信息。与增强现实技术相结合后，增强现实平视显示器可以扩展和增强驾驶员对驾驶环境的感知。

(汽车驾驶中的增强现实-抬头显示器组合)

结论

平显作为一种新的技术应用，虽然应用历史不长，但它给整个行业带来的创新是显而易见的。有理由相信，随着平显技术的进一步发展及其与其他新技术的结合，平显在生活中的应用将更加频繁和丰富，中国充分掌握这一技术的意义将进一步凸显。