空军科普之抬头显示器

抬头显示器(Head Up Display),简称HUD,是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。抬头的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。抬头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。

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,高度大致与飞行员的眼睛成水平,投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面,飞行员透过HUD往前方看的时候,能够轻易的将外交的景象与HUD显示的资料融合在一起。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的快速转变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,武器与发射相关资料,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类比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。

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。

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。

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。

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