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与许多技术相似,平视显示器同样首先被应用于军用飞机上。
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,飞行员控制飞机及进行空战时所接收到的信息呈爆炸性增长,这让平视显示器成为了综合航电火控系统的重要一环,其技术水平也成为了军用飞机先进与否的评判标准。
早期的飞行员通过座舱前端大量的仪表来掌握飞机的状态,而随着飞机速度、高度和航程等性能的增加,涉及飞机控制的系统也更多了,再也挤不下的仪表盘就逐渐被各种显示屏替代。通过这些显示屏上提供的信息,飞行员一定程度上可以不看外界环境就能轻松驾驭飞机。
但战场环境瞬息万变,飞行员通过目视观察目标和地形,来迅速、直观地判断战区概况和敌我态势仍然必要。当需要精准获得某些数据信息就又要再次低头观看座舱内的仪表显示器,所以飞行员的视线不可避免的会在目视外界和观察座舱仪表两种状态间切换。
(早期战机座舱前端密密麻麻的仪表)
然而,人眼球构造的特点,使得观察对象从座舱仪表切换到外界或从外界切换回座舱仪表时,眼球必须要调整晶状体的凹凸程度来改变聚焦状态,以适应视距和亮度的变化。这一过程中肌肉的收缩和舒张并不会一蹴而就,所以就会有约0.8秒的瞬间看不清目标。
0.8秒对于普通飞行可能问题不大,但一旦遇到紧急空情,或者复杂天候、复杂地形,这种短时间的视界模糊就极为危险,可能是贻误战机,也可能是危及自身安全。
为了准确抓住战机和提高空战水平,第一次世界大战期间战斗机上就开始出现了平视显示器(Head Up Display,简称HUD)的前身——光学瞄准器。它利用光学反射原理,将环状的瞄准圈光网投射到座舱前端的玻璃罩上,这样飞行员在进行瞄准的时候不会妨碍到眼睛的运作,能够维持视界的清晰。
同样的,HUD将计算机处理后的各种传感器和飞机系统的信息,以字符、图像等形式投影到飞行员前方的一块半透光的玻璃屏上,并平行反射进入飞行员的眼睛。飞行员透过HUD往前方看的时候,能够轻易的将机外背景和HUD的显示数据叠加融合,这样既掌握了飞行相关信息,又观察到了外部的景物。
另一方面, HUD显示的数据可以根据不同需求状况来自主设置:正常情况下,只显示飞行速度、航向等基本飞行安全数据;战斗中,补充目标数据、武器、瞄准器等发射相关资料。信息容量和显示灵活性的增加弥补了原来眼睛扫视不同仪表可能存在的重要信息遗漏。
(歼20战机飞行员配备的TK-XX某型头盔显示器)
HUD的方便性、高效性让它在战机中迅速普及,而考虑到HUD作为一整套的显示系统,需要占用驾驶舱一定的空间,尤其与飞机座舱罩的整体设计关联,便出现了功能集成度更高的头盔显示器来取而代之。
(二)彻底改变飞行习惯,平视显示器帮助民航飞机降低事故率