飞机座舱显示控制界面设计分析

飞机座舱显示控制界面设计分析

赵飞

中航西安飞机工业集团股份有限公司  西安 710089

摘要：随着科技的发展，在飞机座舱显示控制系统设计时，要注重设计的有效性，因为这是人机的接口部位，可以直接影响飞行员的判断和决策，这关系到是飞行员是否可以合理地控制飞机，也会影响飞行任务的完成。结合当前的研究现状，不仅要创新界面设计方法，也要充分地讨论软件设计的关键技术，并且建立相关的模型，才能更好地实现飞行视景和显示控制界面开发。

关键词：飞机座舱；显示控制系统；界面设计；分析

在飞机飞行的过程中，航空电子系统是重要的结构，随着相关技术的不断发展，促进了座舱显示系统的发展。在进行飞机座舱设计时，应当考虑飞行员的认知和特点，还要考虑飞行员的感知运动情况和操作特性，才能使设计更加合理。

1现状分析

1.1国外研究分析

在二十世纪的八十年代，美国的空军就利用了模拟器进行了相关研究，并且研究了二十一世纪的战斗机座舱技术，首次提出了“大图像”的概念。这个概念具有一定的先进性，其主导思想是利用大屏幕和显示器，更好地实现超视距，并进行全局态势感知，以头盔显示器为主要，将其作为主显示器使用，这种技术有效地实现了视距内战术，并且有效地进行了态势感知。该技术还并采用了握杆操纵控制技术和触摸控制技术，以及头位跟踪技术和控制等技术，这些技术实现了综合显示控制。第三代的战斗机，在座舱布局方面有了一定的改进，采用了“一平三下”的布局，这种布局就是将平显设置在了仪表板顶部，这种设计有很大的优势，并且已经实际使用了，采用该布局的战机，主要有欧洲的EF2000战斗机和JAS-39鹰狮等战斗机。这些技术大力发展的同时，美国空军也进行了相关研究，他们的研究实验室在1990年时，就已经提出了全景座舱控制技术，以及相关的显示系统，并且他们还向飞行员，提供了较大面积的显示器，这种显示器主要的优势，是以离轴为目标的，可以截获武器，并且配备了瞄准头盔，所以该技术可以充分满足超视距态势感知，实现了大离轴角瞄准。而新研制的F-35战斗机，在座舱上配置了大屏幕显示器，这种显示器可以支持触敏控制，也可以进行语音识别，同时还采用了双目式瞄准头盔，这种技术是目前比较先进的技术，也是未来战斗机座舱的主要发展方向。

1.2国内研究分析

我国的相关研究，目前也有了一定突破，虽然在军用飞机研究方面还处于更新换代时期，但相关技术也有了大程度提高。我国引入了计算机控制和显示技术，还研究了平视仪和下视仪，同时还运用了多功能显示器，有效地改进了听觉和显示界面，有效地促进了我国新机的研制和发展，在这个基础上更新了现役飞机和信息显示界面。我国的座舱控制界面研究，普遍采用了平视仪和下视仪，还有多功能显示器，同时，还采用了握杆操纵控制器和正前方控制板等新设计，使座舱的重要控制器更加地小型化和集中化，使功能化更加地多样化，很大程度地方便了飞行员操作和控制。座舱自动化与人工控制，目前已经成为了新时尚，为了切实降低飞行员的负荷，必须要关注功能的分配和刺激，还有飞行员操作情况和模型，进而实现协调与配合。目前虽然在一定程度上减轻了飞行员的体力负荷，但也增加了非常规操作负担，进而带来了很多问题。我国在自动化控制技术方面目前还处于初级阶段，对整体控制能力有限，需要进一步地研究。而军用的飞机座舱有了很大程度提高，目前已经采用了大屏幕液晶显示器。随着相关技术的不断发展，需要加大开发投入，才能更好地促进相关技术发展。

2软件设计分析

2.1在座舱显示系统中加入了视景仿真分析

飞机的座舱是人机交互的环境，所有的相关数据都要输送到座舱中，操作者需要根据这些信息来进行操作，并根据实际态势做出反应。通过舱内外的视景叠加以及相关操作，飞行员可以获得仿真沉浸感和交互感。通过交互界面，还有仿真座舱，可以重复地观察视景。视景仿真界面，一般是采用三维观察法进行观察，但是在视点坐标上有一定差别，虽然都是右手坐标系，但仿真界面看的是ｙ轴正方向。

2.2运动模型分析

要想更好地驱动飞机模型，并且进行视点移动，就需要获得飞行参数，用获得的飞行参数，可以驱动飞机模型，但是需要创建一种新运动方式。而那些多种运动模型还有仿真对象，可以依据一定顺序和物体绑定。在空战仿真中，要先从机场的跑道滑行开始获取相关信息，操作者要根据需要来调整视点，所以视点管理非常重要。当视点位置处于飞机的座舱外时，可以选择不同位置，来进行视点设定，这样的设定方式可以看到不同侧面。当视点位置在座舱内部时，要设定一个偏移的视点。在视景仿真设计过程中，坐标系和转换飞机设计，还有座舱显示设计中，应当在视景仿真系统中进行。在仿真过程中，大地是以经纬度为单位的，而仿真中飞机位置是以米计算的，为了统一单位需要将位置参数转换成经纬度，并且在监控系统显示。

3控制界面设计和评价指标确立

3.1评价指标

建立科学的评价指标，要综合地进行考虑各方面影响，包括显示信息的内容，还有具体显示方式，以及显示背景和光照，同时也要考虑显示和控制布局，以及控制器的可靠性问题。这些内容都不是独立的，他们之间密切相关，需要进行全面地考虑。飞行员是通过显示仪来进行认知和理解的，然后才能进行有效地控制。所以如何评价座舱显示控制系统非常重要。最为有效的方法是，将其纳入到综合性任务环境中，通过一定的评估来进行分析，并且对执行任务效果进行评价。显示和控制器的布局会对系统性能产生一定影响，所以要合理地进行布局，才能更好地进行评价。在实际设计过程中，还要考虑制造费用问题，所以要将其作为经济性指标。随着相关技术的发展，促进了飞机性能的提高，也加大了飞行员的工作负荷，使得操作难度逐渐增大。在这样的情况下显示控制系统，工作强度越低越好，所以负荷强度也应当是评估指标。具体的评价方法，主要有四种。第一，在完成飞行任务基础上，可以用主、客观综合法来评估，主要是对单项指标的评估。第二，采用定性目标的方法，来进行定量处理和主观评估。第三，采用专家判断和层次分析法，来计算和加权系数。第四，采用最小和最大距离法，进行排序和决策。运用这些评价方法，可以有效地提高相关设计，也提高了座舱显示控制界面的性能。

3.2控制界面设计

进行控制界面设计，要对平面显示器和多功能显示进行设计，还要采用自定义的运动模型，以及平视显示器的绘制模块，才能实现舱内外的视景融合叠加，并且有效地进行视点和场景管理，充分地发挥了环境特效功能，较好地反应出飞行员的运动学和动力学特征，很大程度地提高了界面的操作性和简便性。

结束语：

飞机在飞行的过程中，会遇到许多复杂的情况，尤其是那些比较高度紧张的情况，不仅考验了飞行员，也考验了飞机性能。飞行员要对相关的数据信息，有充分的认知和判断，才能进行相关操作，在这样的要求下，就需要提高飞机的性能。在进行飞机座舱显示控制界面设计时，要充分考虑相关问题的影响，因为这种设计与常规显示控制和飞行管理系统相比有很大差别，所以要进行充分地研究，才能有效地减少操作错误，降低飞行员的心理负荷和工作负荷，有效地确保了飞行安全。

参考文献：

【1】姜红英.飞机座舱显示/控制系统设计与研究[J].军民两用技术与产品,2020,10:44-47.

【2】郭小朝.飞机座舱显示-控制工效学研究近况[J].人类工效学,2020,02:34-37.