Kopf-up-Display

HUD von an F/A-18 Hornet

A Kopf-up-Display, oder Heads Up-Anzeige,^[1] auch bekannt als a HUD (/hʌd/), ist jeder transparente Anzeige Dadurch werden Daten vorgestellt, ohne dass Benutzer von ihren üblichen Standpunkten wegschauen müssen. Der Ursprung des Namens stammt aus a Pilot In der Lage sein, Informationen mit dem Kopf "auf" auf "aufzusehen" und nach vorne zu freuen, anstatt abgewinkelt zu sein, um niedrigere Instrumente zu betrachten. Ein HUD hat auch den Vorteil, dass die Augen des Piloten nicht brauchen Repocus nach dem Betrachten der optisch näheren Instrumente die Außenseite zu sehen.

Obwohl sie ursprünglich für die militärische Luftfahrt entwickelt wurden, werden HUDs jetzt in gewerblichen Flugzeugen, Automobilen und anderen (meist professionellen) Anwendungen verwendet.

Überblick

HUD in a montiert PZL TS-11 ISKRA Jet Trainerflugzeug mit einem Glasplatten -Kombinierer und einer konvexen Kollimationslinse direkt darunter

Ein typisches HUD enthält drei Hauptkomponenten: a Projektoreinheit, a Kombinierer, und ein Videogeneration Computer.^[2]

Die Projektionseinheit in einem typischen HUD ist ein Optischer Kollimator Setup: a konvexe Linse oder konkaver Spiegel mit einer Kathodenstrahlröhre, Leichtemittierende Diodenanzeige, oder Flüssigkristallanzeige im Fokus. Dieses Setup (ein Design, das es seit der Erfindung der Erfindung gibt Reflektoransicht im Jahr 1900) produziert ein Bild, in dem das Licht ist kollimiert, d.h. der Schwerpunkt wird als unendlich angesehen.

Der Kombinierer ist normalerweise ein abgewinkeltes flaches Stück Glas (a Strahlteiler) befindet sich direkt vor dem Betrachter und leitet das projizierte Bild von Projector so um, dass das Sichtfeld und das projizierte Infinity -Bild gleichzeitig angezeigt werden. Kombinierer haben möglicherweise spezielle Beschichtungen, die die widerspiegeln monochromatisch Licht, das von der Projektoreinheit darauf projiziert wird, während es allen anderen zulässt Wellenlängen von Licht zu durchlaufen. In einigen optischen Layouts können Kombinationen auch eine gekrümmte Oberfläche haben, um das Bild vom Projektor neu zu richten.

Der Computer bietet die Schnittstelle zwischen dem HUD (d. H. Die Projektionseinheit) und den zu angezeigten Systemen/Daten und generiert die Bilder und Symbologie, die von der Projektionseinheit angezeigt werden sollen.

Typen

Anders als fest montiertes HUD gibt es auch Kopf montierte Displays (HMDS). Diese beinhalten Helm montierte Displays (Beide abgekürzte HMD), Formen von HUD mit einem Anzeigelement, das sich mit der Ausrichtung des Benutzerkopfs bewegt.

Viele moderne Kämpfer (wie die F/a-18, F 16, und Eurofighter) Verwenden Sie gleichzeitig sowohl einen HUD als auch HMD. Das F-35 Lightning II wurde ohne HUD entworfen und stützte sich ausschließlich auf die HMD und machte es zum ersten modernen Militärkämpfer, der keinen festen HUD hat.

Generationen

HUDs sind in vier Generationen aufgeteilt, die die Technologie widerspiegeln, mit denen die Bilder generiert werden.

• Erste Generation - Verwenden Sie a Crt So erzeugen Sie ein Bild auf einem Phosphorbildschirm, wobei der Nachteil der Phosphor -Bildschirmbeschichtung im Laufe der Zeit abbaute. Die Mehrheit der heutigen HUDs ist von dieser Art.
• Zweite Generation - zum Beispiel eine Festlichtlichtquelle verwenden LED, das von einem LCD -Bildschirm moduliert wird, um ein Bild anzuzeigen. Diese Systeme verblassen nicht oder erfordern die hohen Spannungen der Systeme der ersten Generation. Diese Systeme befinden sich in kommerziellen Flugzeugen.
• Dritte Generation - Use Optische Wellenleiter Bilder direkt im Kombinierer zu produzieren, anstatt ein Projektionssystem zu verwenden.
• Vierte Generation - Verwenden Sie einen Scan -Laser, um Bilder und sogar Videobilder auf einem klaren transparenten Medium anzuzeigen.

Neue Mikro-Display-Bildgebungstechnologien werden eingeführt, einschließlich Flüssigkristallanzeige (LCD), Flüssigkeitskristall auf Silizium (LCOS), Digitale Mikro-Mirrors (DMD) und organische, lichtausstrahlende Diode (OLED).

Geschichte

Longitudinalquerschnitt eines Basis Reflektoransicht (1937 Deutsch Revi C12/A).

Copilots HUD von a C-130J

Huds entwickelten sich aus dem Reflektoransicht, ein vor der Zweiten Weltkrieg II Parallaxe-freie optische Sichttechnologie für Militär- Kämpferflugzeuge.^[3] Das Gyro -Kanonenlicht hinzugefügt a Fadenkreuz das bewegte sich basierend auf der Geschwindigkeit und der Drehrate, um die Menge von zu lösen führen musste beim Manövrieren ein Ziel erreichen.

In den frühen 1940er Jahren die Telekommunikationsforschungseinrichtung (TRE), verantwortlich für Großbritannien Radar Entwicklung stellte das fest, dass königliche Luftwaffe (RAF) Nachtjäger Piloten hatten es schwer, auf die verbale Anweisung des Radaroperators zu reagieren, als sie sich ihren Zielen näherten. Sie experimentierten mit dem Hinzufügen eines zweiten Radardisplays für den Piloten, stellten jedoch fest, dass sie Probleme hatten, vom beleuchteten Bildschirm in den dunklen Himmel zu schauen, um das Ziel zu finden. Im Oktober 1942 hatten sie das Bild erfolgreich aus dem Radarrohr mit einer Projektion aus ihrem Standard -GGS -MK kombiniert. II Gyro -Kanonenlicht auf einem flachen Bereich der Windschutzscheibe und später im Waffenblick selbst.^[4] Ein wichtiges Upgrade war der Wechsel vom Original Ai mk. IV Radar zur Mikrowellenfrequenz Ai mk. VIII Radar gefunden auf der De Havilland Mosquito Nachtjäger. Dieses Set produzierte eine künstlicher Horizont Das ließ das Head-up-Fliegen weiter nach.

1955 die US NavyDas Büro für Marineforschung und -entwicklung hat einige Forschung mit einer Mockup HUD Concept Unit zusammen mit a durchgeführt Sidestick Controller Um die Belastung des Piloten zu erleichtern, fliegende moderne Jet -Flugzeuge und die Instrumentierung während des Fluges weniger kompliziert. Während ihre Forschung nie in irgendein Flugzeug dieser Zeit aufgenommen wurde, hatte das Roh -HUD -Modell, das sie bauten, alle Merkmale der heutigen modernen HUD -Einheiten.^[5]

Die HUD -Technologie wurde als nächstes von der vorgebracht Königliche Marine in dem Seeräuberder Prototyp, dessen erstmals weiter flog 30. April 1958. Das Flugzeug wurde so konzipiert, dass sie in sehr niedrigen Höhen mit sehr hohen Geschwindigkeiten und Abnutzungsbomben in Engagements, die Sekunden dauern, fliegen. Daher gab es keine Zeit für den Piloten, von den Instrumenten zu einem Bombschen zu schauen. Dies führte zu dem Konzept eines "Streiksblicks", das Höhe, Fluggeschwindigkeit und Waffe/Bombsight zu einem einzigen Waffen-ähnlichen Display kombinieren würde. Es gab heftige Konkurrenz zwischen Anhängern des neuen HUD-Designs und Anhänger der alten elektromechanischen Waffenschaft, wobei der HUD als radikale, sogar törklose Option beschrieben wurde.

Der Luftarmzweig der Britisches Verteidigungsministerium sponserte die Entwicklung eines Streiks. Das Royal Aircraft Establishment (RAE) Die Ausrüstung und die früheste Verwendung des Begriffs "Head-up-Display" kann auf diese Zeit zurückverfolgt werden.^[6] Produktionseinheiten wurden von gebaut von Rang CinTelund das System wurde erstmals 1958 integriert. Das CINGEL HUD -Geschäft wurde von übernommen von übernommen Elliott Flugautomatisierung und der Buccaneer -HUD wurde hergestellt und weiterentwickelt, wobei sie bis zu einer Mark III -Version mit insgesamt 375 hergestellten Systemen fortgesetzt wurden. Es wurde von der Royal Navy einen Titel "Passform und Vergessen" erhalten und war noch fast 25 Jahre später im Dienst. BAE -SystemeAls Nachfolger von Elliotts über Gec-Marconi-Avionik hat er einen Anspruch auf das erste Head-up-Display der Welt im operativen Dienst.^[7] Eine ähnliche Version, die die Bombardierungsmodi durch Raketenangriffsmodi ersetzte, war Teil der Airpass HUD an die angepasst Englischer elektrischer Blitz ab 1959.

Im Vereinigten Königreich wurde bald festgestellt, dass Piloten, die mit den neuen Kanonenlicht fliegen, immer besser darin waren, ihr Flugzeug zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt erweiterte der HUD seinen Zweck jenseits der Waffe, die auf allgemeine Piloten zielte. In den 1960er Jahren schuf der französische Test-Pilot Gilbert Klopfstein das erste moderne HUD und ein standardisiertes System von HUD-Symbolen, damit die Piloten nur ein System lernen und leichter zwischen Flugzeugen wechseln konnten. Der moderne HUD verwendet in Instrumentenflugregeln Ansätze zur Landung wurden 1975 entwickelt.^[8] Klopfstein war Pionier der HUD -Technologie im Militär Kampfjets und HubschrauberZiel, kritische Flugdaten im Sichtfeld des Piloten zu zentralisieren. Dieser Ansatz versuchte, die Scan -Effizienz des Piloten zu erhöhen und die "Aufgabensättigung" zu verringern und Informationsüberlastung.

Die Verwendung von HUDs wurde dann über Militärflugzeuge hinaus ausgebaut. In den 1970er Jahren wurde der HUD in die kommerzielle Luftfahrt eingeführt, und 1988 wurde der Oldsmobile Cutlass Supreme wurde das erste Produktionsauto mit einem Head-up-Display.

Bis vor einigen Jahren, der Embraer 190, Saab 2000, Boeing 727, und Boeing 737 Klassisch (737-300/400/500) und Nächste Generation Flugzeuge (737-600/700/800/900-Serie) waren das einzige kommerzielle Passagierflugzeug mit HUDS. Die Technologie wird jedoch immer häufiger bei Flugzeugen wie der Canadair RJ, Airbus A318 und mehrere Geschäftsjets mit den Displays. HUDs sind Standardausrüstung auf der Boeing 787.^[9] Darüber hinaus werden die Familien Airbus A320, A330, A340 und A380 derzeit für einen HUD den Zertifizierungsprozess unterzogen.^[10] HUDs wurden ebenfalls zu der hinzugefügt Space Shuttle Orbiter.

Entwurfsfaktoren

Es gibt mehrere Faktoren, die mit dem Design eines HUD zusammenspielen:

• Sichtfeld - Auch "FOV" zeigt den Winkel (s) und horizontal an, unter dem Auge des Piloten, bei dem der Kombinierer die Symbologie in Bezug auf die äußere Ansicht zeigt. Ein schmaler FOV bedeutet, dass die Ansicht (zum Beispiel einer Landebahn) durch den Kombinierer nur wenige zusätzliche Informationen enthalten könnte, die über die Umfang der Landebahnumgebung hinausgehen. Während ein breiter FOV eine „breitere“ Sichtweise ermöglichen würde. Bei Aviation -Anwendungen besteht der Hauptvorteil eines breiten FOV darin, dass ein Flugzeug, das sich der Landebahn in einem Seitenwind nähert, immer noch die Landebahn durch den Kombinierer befindet, obwohl das Flugzeug weit von der Landebahnschwelle entfernt ist. Während mit einem schmalen FOV die Landebahn aus der Sicht des HUD von der Kante des Kombinierers aus der HUD aussieht. Da menschliche Augen getrennt sind, erhält jedes Auge ein anderes Bild. Das HUD -Bild ist je nach technischer und budgetanbieter Einschränkungen des Entwurfsprozesses von einem oder beiden Augen sichtbar. Moderne Erwartungen sind, dass beide Augen das gleiche Bild sehen, mit anderen Worten ein "Fernglas der Sichtweise (FOV)".
• Kollimation - Das projizierte Bild ist kollimiert was die Lichtstrahlen parallel macht. Da die Lichtstrahlen parallel sind, konzentriert sich die Linse des menschlichen Auges auf Unendlichkeit, um ein klares Bild zu erhalten. Kollimierte Bilder auf dem HUD -Kombinierer werden in oder in der Nähe optisch als vorhanden empfunden Unendlichkeit. Dies bedeutet, dass die Augen des Piloten sich nicht neu einstellen müssen, um die Außenwelt und das HUD -Display zu sehen - das Bild scheint "da draußen" zu sein und die Außenwelt zu überlagern. Diese Funktion ist für effektive HUDs von entscheidender Bedeutung: Sie müssen sich nicht zwischen HUD-in-symbolischen Informationen und der äußeren Welt neu ausfindig machen, auf die diese Informationen überlagert werden, ist einer der Hauptvorteile von kollimierten HUDs. Es gibt HUDs besondere Überlegungen in sicherheitskritisch und zeitkritische Manöver, wenn die wenigen Sekunden ein Pilot benötigt, um innerhalb des Cockpits wieder zu fokussieren und dann wieder draußen zurückzuführen: Zum Beispiel in den letzten Phasen der Landung . Die Kollimation ist daher ein primäres Unterscheidungsmerkmal von Hochleistungs-HUDs und unterscheidet sie von Systemen in Verbraucherqualität, die beispielsweise einfach uneingeschränkte Informationen von der Windschutzscheibe eines Autos widerspiegeln (was dazu führt, dass die Fahrer die Aufmerksamkeit von der bevorstehenden Straße wieder aufregen und die Aufmerksamkeit auf sich ziehen).
• Augenbox - Das Optischer Kollimator Erzeugt einen Zylinder parallelen Lichts, sodass das Display nur betrachtet werden kann, während die Augen des Betrachters irgendwo in diesem Zylinder liegen, einem dreidimensionalen Bereich namens The the Kopfbewegungsbox oder Augenbox. Moderne HUD -Augenboxen sind normalerweise etwa 5 lateral mit 3 vertikal durch 6 -Zoll -Zoll (13 x 8x15 cm). Dies ermöglicht dem Betrachter eine gewisse Freiheit der Kopfbewegung, aber die Bewegung zu weit nach oben oder nach unten oder rechts/rechts wird das Display vom Rand des Kollimators verschwinden, und die Bewegung zu weit hinten lässt es sich um die Kante abbauen (Vignette). Der Pilot kann das gesamte Display so lange anzeigen, wie sich eines der Augen in der Eyebox befindet.^[11]
• Luminanz/Kontrast - Anzeigen haben Anpassungen in Luminanz und Kontrast zur Berücksichtigung der Umgebungsbeleuchtung, die stark variieren kann (z. B. vom Glanz heller Wolken bis hin zu mondlosen Nacht -Ansätzen zu minimal beleuchteten Feldern).
• Boresight - Flugzeug -HUD -Komponenten sind sehr genau auf die drei Achsen des Flugzeugs ausgerichtet - ein Prozess genannt boresighting- so dass die angezeigten Daten der Realität typischerweise mit einer Genauigkeit von ± 7,0 entsprechenMilliradianer (± 24Minuten des Bogens) und kann über den FOV des HUD variieren. In diesem Fall bedeutet das Wort "Anpassung": "Wenn ein Objekt auf den Kombinierer projiziert wird und das tatsächliche Objekt sichtbar ist, werden sie ausgerichtet". Dadurch kann das Display den Piloten genau dort zeigen, wo der Künstliche Horizont ist sowie der projizierte Weg des Flugzeugs mit großer Genauigkeit. Wann Verbessertes Sehen Wird zum Beispiel die Anzeige der Landebahnlichter verwendet, wenn die tatsächlichen Lichter der Landebahn sichtbar werden. Boresighting erfolgt während des Bauprozesses des Flugzeugs und kann auch auf dem Gebiet auf vielen Flugzeugen durchgeführt werden.^[8]
• Skalierung - Das angezeigte Bild (Flugweg, Tonhöhe und Gierskalierung usw.) ist skaliert, um dem Piloten ein Bild zu präsentieren, das die äußere Welt in einer exakten 1: 1 -Beziehung überlagert. Beispielsweise müssen Objekte (wie eine Landebahnschwelle), die 3 Grad unter dem Horizont liegen, wie aus dem Cockpit betrachtet, im –3 Grad -Index auf der HUD -Anzeige erscheinen.
• Kompatibilität - HUD -Komponenten sind so konzipiert, dass sie mit anderen Avionik, Displays usw. kompatibel sind.

Flugzeug

Auf Flugzeug -Avioniksystemen arbeiten HUDs typischerweise von doppelten unabhängigen redundanten Computersystemen. Sie erhalten Eingaben direkt von den Sensoren (Pitot-statisch, gyroskopisch, Navigation usw.) an Bord des Flugzeugs und führen ihre eigenen Berechnungen durch, anstatt zuvor berechnete Daten von den Flugcomputern zu empfangen. In anderen Flugzeugen (beispielsweise der Boeing 787) stammt die HUD-Leitlinienberechnung für den Start mit geringer Sichtbarkeit (LVTO) und der Ansatz mit geringer Sichtbarkeit von demselben Flugschutzcomputer, der den Autopilot antreibt. Computer werden in die Systeme des Flugzeugs integriert und ermöglichen die Konnektivität auf verschiedene Datenbusse wie die ARINC 429, Arinc 629 und Mil-std-1553.^[8]

Daten angezeigt

Typische Flugzeuge HUDS Display Fluggeschwindigkeit, Höhe, a Horizont Linie, Überschrift, drehen/Bank und Slip/Skid Indikatoren. Diese Instrumente sind das Minimum, das von 14 CFR Teil 91 erforderlich ist.^[12]

Andere Symbole und Daten sind auch in einigen HUDs verfügbar:

• Boresight oder Wasserlinie Symbol - wird auf der Anzeige fixiert und zeigt, wo die Nase des Flugzeugs tatsächlich zeigt.
• Flugwegvektor (FPV) oder Geschwindigkeitsvektor Symbol - zeigt, wohin das Flugzeug tatsächlich geht, im Gegensatz zu nur, wo es wie bei der Boresight zeigt. Zum Beispiel, wenn das Flugzeug ist aufgeworfen auf, aber absteigend wie möglich in Hoch Angriffswinkel Flug oder Flug durch absteigende Luft, dann befindet sich das FPV -Symbol unter dem Horizont, obwohl sich das Boorsight -Symbol über dem Horizont befindet. Während der Annäherung und Landung kann ein Pilot den Ansatz fliegen, indem er das FPV -Symbol am gewünschten Abstiegswinkel und Touchdown -Punkt auf der Landebahn hält.
• Beschleunigungsindikator oder Energy Cue - Normalerweise links vom FPV -Symbol befindet es sich darüber, wenn sich das Flugzeug beschleunigt, und unter dem FPV -Symbol, wenn es verlangsamt wird.
• Angriffswinkel Indikator - zeigt den Winkel des Flügels relativ zum Luftstrom, der oft als angezeigt wird "α".
• Navigationsdaten und -Symbole - Für Ansätze und Landungen können die Flugschutzsysteme visuelle Hinweise auf der Grundlage von Navigationshilfen wie einem liefern Instrumentenlandesystem oder erweitert Global Positioning System so wie die Weitgebietsvergrößerungssystem. Normalerweise ist dies ein Kreis, der in das Symbol für Flugpfadvektor passt. Piloten können den richtigen Flugweg entlang fliegen, indem sie zum Leitwehr "fliegen".

Seit der Einführung auf HUDs werden sowohl die FPV- als auch die Beschleunigungssymbole bei Head-Down-Displays (HDD) Standard. Die tatsächliche Form des FPV -Symbols auf einer Festplatte ist nicht standardisiert, aber normalerweise eine einfache Flugzeugzeichnung, z. B. einen Kreis mit zwei kurzen abgewinkelten Linien (180 ± 30 Grad) und "Flügel" an den Enden der absteigenden Linie. Wenn Sie das FPV am Horizont aufbewahren, kann der Pilot -Level in verschiedenen Bankwinkeln fliegen.

Militärflugzeugspezifische Anwendungen

FA-18 HUD, während er sich in einem Mock befasst Dogfight

Zusätzlich zu den oben beschriebenen generischen Informationen enthalten militärische Anwendungen Waffensysteme und Sensordaten wie:

• Zielbezeichnung (TD) Indikator - platziert ein Stichwort über ein Luft- oder Erdungsziel (das typischerweise abgeleitet wird Radar oder Trägheitsnavigationssystem Daten).
• V_c - Geschwindigkeit mit dem Ziel schließen.
• Bereich - Zielen, Wegpunkt usw.
• Waffensucher oder Sensor -Sichtlinie - zeigt, wo ein Suchender oder Sensor zeigt.
• Waffenstatus - Enthält Typ und Anzahl der ausgewählten Waffen, verfügbar, bewaffnet usw.

VTOL/STOL -Ansätze und Landungen

In den 1980er Jahren testete das Militär den Einsatz von HUDs in vertikalem Start und Landung (VTOL) und kurzes Start und Landung (STOL). Ein HUD -Format wurde bei entwickelt NASA Ames Research Center Die Bereitstellung von Piloten von V/STOL -Flugzeugen mit vollständigen Fluganleitungen und Steuerungsinformationen für Kategorie III c Flugabläufe im Terminalbereich. Dies beinhaltet eine Vielzahl von Flugbetrieb, von Stol-Flügen auf Landebahnen bis hin zu VTOL-Operationen auf Flugzeugträger. Die Hauptmerkmale dieses Anzeigeformats sind die Integration des Flugwegs und der Verfolgungsinformationen in ein enges Sichtfeld, das vom Piloten mit einem einzigen Blick leicht aufmerksam gemacht wird, und die Überlagerung vertikaler und horizontaler Situationsinformationen. Das Display ist ein Derivat eines erfolgreichen Designs, das für herkömmliche Transportflugzeuge entwickelt wurde.^[13]

Zivilflugzeugspezifische Anwendungen

Das Cockpit von NASA's Gulfstream GV mit einer synthetischen Sehsystem -Anzeige. Der HUD -Kombinierer befindet sich vor dem Piloten (mit einem Projektor darüber). Dieser Kombinierer verwendet eine gekrümmte Oberfläche, um das Bild zu fokussieren.

Die Verwendung von Kopf-Up-Displays ermöglicht kommerzielle Flugzeuge erhebliche Flexibilität bei ihrem Betrieb. Es wurden Systeme genehmigt, die Starts und Landungen mit reduzierter Sichtbarkeit sowie das vollständige Handbuch ermöglichen Kategorie III a Landungen und Einführung.^[14][15][16] Diese Systeme wurden zunächst teuer und physisch groß. Leider waren diese tendenziell das gleiche Flugzeug, das als Standard-Autoland (mit Ausnahme bestimmter Turbo-Propp-Typen, die HUD als Option hatten), die Head-up-Display für CAT III-Landungen unnötig machte-dies verzögerte die Einführung von HUD in kommerziell Flugzeug. Gleichzeitig haben Studien gezeigt, dass die Verwendung eines HUD während Landungen die laterale Abweichung von der Mittellinie unter allen Landebedingungen verringert, obwohl der Touchdown -Punkt entlang der Mittellinie nicht geändert wird.^[17]

Zum Allgemeine Luftfahrt, Mygoflight erwartet eine STC und um seinen SkyDisplay-HUD für 25.000 US-Dollar ohne Installation für einen einzelnen Kolbenmotor als das zu verkaufen Cirrus sr22s und mehr für Cessna Caravans oder Pilatus PC-12s Einmotor-Turboproprops: 5 bis 10% der traditionellen HUD-Kosten, obwohl es nicht ist, nichtkonform, nicht genau zum Außengelände.^[18] Flugdaten von a Tablet kann auf den 1.800 US -Dollar epischen Optix Eagle 1 HUD projiziert werden.^[19]

Verbesserte Flugvisionssysteme

Wärmebild betrachtet durch ein Head-up-Display

In fortgeschritteneren Systemen wie den USA Föderale Flugverwaltung (FAA) -Labeled 'Enhanced Fly Vision System',^[20] Ein praktisches visuelles Bild kann auf den Kombinierer überlagert werden. Typischerweise an Infrarot Die Kamera (entweder einzeln oder ein Mehrfachband) ist in der Nase des Flugzeugs installiert, um dem Piloten ein entsprechendes Bild anzuzeigen. 'EVS Enhanced Vision System' ist ein von der FAA anerkannter Branche, den die FAA nicht verwenden soll, da "die FAA glaubt, dass [IT] mit der Systemdefinition und dem operativen Konzept in 91.175 (l) und (m) verwechselt werden könnte."^[20] In einer EVS -Installation ist die Kamera tatsächlich oben auf dem vertikalen Stabilisator installiert und nicht "so nah wie praktisch für die Piloten -Augenposition". Wenn die Kamera jedoch mit einem HUD verwendet wird, muss sie so nah wie möglich an den Piloten -Augenpunkt montiert werden, da erwartet wird, dass das Bild die reale Welt "überlagert", wenn der Pilot durch den Kombinierer schaut.

"Registrierung" oder die genaue Überlagerung des EVS -Images mit dem realen Bildbild ist ein Merkmal, das von den Behörden vor der Genehmigung eines HUD -basierten EVS genau untersucht wird. Dies liegt an der Bedeutung des HUD, das der realen Welt entspricht.

Während das EVS -Display erheblich helfen kann, hat die FAA nur die Betriebsvorschriften entspannt^[21] Ein Flugzeug mit EVs kann also a durchführen Mindestansatz der Kategorie I für Kategorie -II. In allen anderen Fällen muss die Flugbesatzung alle "ungesandten" visuellen Beschränkungen einhalten. (Zum Beispiel, wenn die Landebahn -Sichtbarkeit aufgrund von Nebel eingeschränkt ist, obwohl EVs ein klares visuelles Bild liefern, ist es nicht angemessen (oder legal), das Flugzeug nur die EVs unter 100 Fuß über dem Boden zu manövrieren.)

Synthetische Sehsysteme

Eine synthetische Sehsystemanzeige

HUD -Systeme sollen auch a angezeigt werden synthetisches Sehsystem (SVS) Grafisches Bild, das hochpräzise Navigation, Haltung, Höhe und Geländedatenbanken verwendet, um realistische und intuitive Ansichten der Außenwelt zu erstellen.^[22][23][24]

Im 1. SVS -Kopf -Down -Bild, das rechts angezeigt wird, enthalten sich sofort sichtbare Anzeigen das Fluggeschwindigkeitsband links, Höhenklebeband auf der rechten Seite und Drehen/Bank/Slip/Skid -Displays in der oberen Mitte. Das Boresight-Symbol (-V-) befindet sich in der Mitte und direkt darunter befindet sich das Symbol Flugbahnvektor (FPV) (der Kreis mit kurzen Flügeln und einem vertikalen Stabilisator). Die Horizontlinie ist mit einer Pause in der Mitte über das Display zu laufen, und direkt links sind Zahlen bei ± 10 Grad mit einer kurzen Linie bei ± 5 Grad (die +5 -Grad -Linie ist leichter zu erkennen), was zusammen mit Die Horizontlinie zeigt die Tonhöhe des Flugzeugs. Im Gegensatz zu dieser Farbdarstellung von SVs auf einem Kopf -Down -Primärflugdisplay ist die auf einem HUD angezeigten SVs monochrom - dh in der Regel in Grüntönen.

Das Bild zeigt ein Flugzeug der Flügelspiegel an (d. H. Das Symbol für Flugpfadvektor ist relativ zur Horizontlinie flach, und es gibt keine Rollenrolle in der Dreh-/Bankanzeige). Die Fluggeschwindigkeit beträgt 140 Knoten, die Höhe beträgt 9.450 Fuß, die Überschriften beträgt 343 Grad (die Zahl unter der Beilage/Bankanzeige). Die genaue Inspektion des Bildes zeigt einen kleinen lila Kreis, der leicht rechts vom Flugwegvektor verschoben wird. Dies ist der Leitschein, der aus dem Flugschutzsystem stammt. Wenn das Ansatz stabilisiert ist, sollte dieses lila Symbol zentriert sein innerhalb der FPV.

Das Gelände ist vollständig computergroß aus einer hochauflösenden Geländedatenbank.

In einigen Systemen berechnen die SVs den aktuellen Flugweg oder die mögliche Flugbahn des Flugzeugs (basierend auf einem Flugzeugleistung Modell, der aktuellen Energie des Flugzeugs und der umgebenden Gelände) und drehen dann alle Hindernisse rot, um die Flugbesatzung aufmerksam zu machen. Ein solches System könnte dazu beigetragen haben, den Absturz von zu verhindern American Airlines Flug 965 in einen Berg im Dezember 1995.

Auf der linken Seite des Displays befindet sich ein SVS-einiques Symbol mit dem Aussehen einer lila, abnehmenden seitlichen Leiter, die rechts neben dem Display fortgesetzt wird. Die beiden Linien definieren einen "Tunnel am Himmel". Dieses Symbol definiert die gewünschte Flugbahn des Flugzeugs in drei Dimensionen. Wenn der Pilot beispielsweise einen Flughafen links ausgewählt hätte, würde sich dieses Symbol nach links und unten abbilden. Wenn der Pilot den Flugwegvektor neben dem Flugbahnsymbol hält, fliegt das Handwerk den optimalen Pfad. Dieser Pfad würde auf Informationen basieren, die in der Datenbank des Flugverwaltungssystems gespeichert sind, und würde den FAA-zugelassenen Ansatz für diesen Flughafen zeigen.

Der Tunnel am Himmel kann den Piloten auch erheblich unterstützen, wenn präziseres vierdimensionales Fliegen erforderlich ist, z. Erforderliche Navigationsleistung (RNP). Unter solchen Bedingungen erhält der Pilot eine grafische Darstellung, wo sich das Flugzeug befinden sollte und wo es gehen sollte, anstatt dass der Pilot die Höhe, die Luftgeschwindigkeit, die Überschrift, die Energie und den Breitengrad mental integrieren muss, um das Flugzeug korrekt zu fliegen.^[25]

Panzer

Mitte 2017 die Israel Verteidigungskräfte wird Prüfungen von beginnen Elbit's Iron Vision, das erste Head-up-Display der Welt für Panzer. Israels Elbit, das das Helm-montierte Displaysystem für die entwickelte F-35, plant eiserne Vision, eine Reihe von extern montierten Kameras zu verwenden, um die 360 ​​° -Nicht auf die Umgebung eines Panzers auf die Helmsvötigen seiner Besatzungsmitglieder zu projizieren. Dies ermöglicht es den Besatzungsmitgliedern, im Tank zu bleiben, ohne die Luken öffnen zu müssen, um draußen zu sehen.^[26]

Automobile

HUD in a BMW E60

Der grüne Pfeil auf der Windschutzscheibe ganz oben auf diesem Bild ist ein Head-up-Display auf einem 2013 Toyota Prius. Es umschaltet zwischen den Geographisches Positionierungs System Navigationsanweisung und der Tacho. Der Pfeil wird animiert, um nach vorne zu erscheinen, wenn sich das Auto der Kurve nähert. Das Bild wird ohne Glas -Kombinierer projiziert.

Diese Displays werden immer mehr in Produktionsautos erhältlich und bieten normalerweise an Tachometer, Geschwindigkeitsmesser, und Navigationssystem Anzeigen. Nachtsicht Informationen werden auch über HUD für bestimmte Automobile angezeigt. Im Gegensatz zu den meisten in Flugzeugen enthaltenen HUDs sind die Kfz-Kopf-Up-Displays nicht parallaxenfrei. Das Display ist möglicherweise nicht für einen Fahrer sichtbar, der eine Sonnenbrille mit polarisierten Objektiven trägt.

Es gibt auch Add-On-HUD-Systeme, die das Display auf einen Glas-Kombinierer projizieren, der über oder unter der Windschutzscheibe montiert ist, oder die Windschutzscheibe selbst als Kombinierer verwendet.

In 2012, Pioneer Corporation stellte ein HUD-Navigationssystem ein, das das Sonnenvisor der Fahrerseite ersetzt und Animationen der vor uns liegenden Bedingungen visuell überlagert, eine Form von Augmented Reality (AR).^[27][28] AR-HUD wurde von der Pioneer Corporation entwickelt und war das erste Aftermarket Automotive Head-up-Display, das eine Direkt-zu-Auge-Laserstrahl-Scan-Methode verwendet Virtuelle Netzhautanzeige (VRD). Die Kerntechnologie von AR-HUD umfasst ein Miniaturlaserstrahl-Scanning-Display, das von entwickelt wurde Microvision, Inc.^[29]

Motorradhelm HUDs sind auch im Handel erhältlich.^[30]

UNITI Das elektrische Stadtauto ersetzt das Armaturenbrett mit einem großen HUD, um Informationen direkt auf dem anzuzeigen Windschutzscheibe.^[31] Ziel ist es, die Sicherheit zu erhöhen, da der Fahrer seine Augen nicht von der Straße heraus bewegen muss, um die Geschwindigkeit oder den GPS -Bildschirm zu betrachten.^[32]

In den letzten Jahren wurde argumentiert, dass konventionelle HUDs durch Holographie ersetzt werden Ar Technologien, wie die von entwickelten von den von entwickelten von Wayray diese Verwendung Holographische optische Elemente (HACKE). Die Hacke ermöglicht ein breiteres Sichtfeld, während die Größe des Geräts reduziert und die Lösung für jedes Automodell anpassbar ist.^[33][34] Mercedes Benz führte ein Augmented Reality -basiertes Head -Up -Display ein^[35] während Faurecia in einen Augenblatt und einen finger kontrollierten Kopf -Up -Display investierte.^[36]

Entwicklungs- / experimentelle Verwendungen

HUDs wurden vorgeschlagen oder werden für eine Reihe anderer Anwendungen experimentell entwickelt. Im Militär kann ein HUD verwendet werden, um taktische Informationen wie die Ausgabe eines Lasers zu überlagern Entfernungsmesser oder Squadmate -Standorte zu Infanteristen. Es wurde auch ein Prototypen -HUD entwickelt, der Informationen auf der Innenseite der Brille eines Schwimmers zeigt oder einer Tauchermaske.^[37] HUD -Systeme, die Informationen direkt auf den Träger projizieren Retina mit einem niedrigen Stromverbrauch Laser- (Virtuelle Netzhautanzeige) sind auch im Experimentieren.^[38][39]

Siehe auch

• Akronyme und Abkürzungen in der Avionik
• Erweiterte Realität
• Augen-on-the-Road-Nierenfit
• Eyetap
• HUD (Videospiele)
• OPTISCHE KOPF-MOTED-DISGEM
• Smartglass
• Virtuelle Netzhautanzeige
• VR -Positionsverfolgung
• Tragbarer Computer

Verweise

Externe Links

• Artikel von Rochester Archives - 'Buccaneer Hud Pdu' '
• BBC -Artikel - "Pacman wird virtuell zum Leben erweckt"
• "Klinische Bewertung der" Head-up "-Destellung von Anästhesiedaten"
• "Wann wird der Head-up zivil"- Flug 1968 Archiv
• "Elliott Brothers to Bae Systems" - Eine kurze Geschichte von Elliott Brothers
• Head-up über die Hügel - A 1964 Flug International Artikel über das Fliegen mit einem frühen Specto Head-up-Display
• Jaguar enthüllt die virtuelle Widescreen -Technologie, um den Treibern zu unterstützen - lateinischer Post