Проекционный дисплей

Прозрачный дисплей, отображающий данные в пределах прямой видимости пользователя

ИЛС самолета F/A-18 Hornet

Проекционный дисплей , или проекционный дисплей , ^[1] также известный как HUD ( / h ʌ d / ) или проекционная система управления ( HGS ), представляет собой любой прозрачный дисплей , который отображает данные, не требуя от пользователей отвести взгляд. со своей обычной точки зрения. Происхождение названия связано с тем, что пилот может просматривать информацию, повернув голову «вверх» и глядя вперед, а не наклонив ее вниз, глядя на нижние приборы. HUD также имеет то преимущество, что глазам пилота не нужно перефокусироваться , чтобы увидеть окружающую среду после взгляда на оптически более близкие инструменты.

Хотя изначально они были разработаны для военной авиации, сейчас HUD используются в коммерческих самолетах, автомобилях и других (в основном профессиональных) приложениях.

Проекционные дисплеи были предшественником технологии дополненной реальности (AR), включавшей в себя подмножество функций, необходимых для полноценного использования AR, но не имевшую необходимой регистрации и отслеживания между виртуальным контентом и реальной средой пользователя. ^[2]

Обзор

ИЛС, установленный на учебно-тренировочном самолете ПЗЛ ТС-11 «Искра» , со стеклянным объединителем пластин и выпуклой коллимирующей линзой чуть ниже него.

Типичный HUD содержит три основных компонента: проектор , объединитель и компьютер для генерации видео . ^[3]

Проекционный блок в типичном HUD представляет собой установку оптического коллиматора : выпуклую линзу или вогнутое зеркало с электронно-лучевой трубкой , светодиодным дисплеем или жидкокристаллическим дисплеем в фокусе. Эта установка (конструкция, которая существует с момента изобретения рефлекторного прицела в 1900 году) создает изображение, в котором свет коллимирован , то есть точка фокуса воспринимается как находящаяся в бесконечности.

Комбайнер обычно представляет собой наклонный плоский кусок стекла (светоделитель ) , расположенный непосредственно перед зрителем, который перенаправляет проецируемое изображение с проектора таким образом, чтобы одновременно видеть поле зрения и проецируемое изображение бесконечности. . Комбайнеры могут иметь специальные покрытия, которые отражают монохроматический свет, проецируемый на него из блока проектора, пропуская при этом свет всех других длин волн . В некоторых оптических схемах объединители также могут иметь изогнутую поверхность для перефокусировки изображения от проектора.

Компьютер обеспечивает интерфейс между HUD (т.е. проекционным устройством) и системами/данными, которые должны отображаться, и генерирует изображения и символы, которые должны отображаться проекционным устройством.

Типы

Помимо фиксированного HUD, существуют также головные дисплеи (HMD). К ним относятся дисплеи, устанавливаемые на шлеме (оба сокращенно HMD), формы HUD, в которых элемент дисплея перемещается в зависимости от ориентации головы пользователя.

Многие современные истребители (такие как F/A-18 , F-16 и Eurofighter ) одновременно используют как HUD, так и HMD. F -35 Lightning II был разработан без HUD, опираясь исключительно на HMD, что сделало его первым современным военным истребителем, не имеющим фиксированного HUD.

Поколения

HUD разделены на четыре поколения, отражающие технологию, используемую для создания изображений.

• Первое поколение — используйте ЭЛТ для создания изображения на люминофорном экране, недостаток которого состоит в том, что люминофорное покрытие экрана со временем ухудшается. Большинство действующих сегодня HUD относятся к этому типу.
• Второе поколение — используйте твердотельный источник света, например светодиод , который модулируется ЖК-экраном для отображения изображения. Эти системы не выгорают и не требуют высокого напряжения, как системы первого поколения. Эти системы есть на коммерческих самолетах.
• Третье поколение — используйте оптические волноводы для создания изображений непосредственно в объединителе, а не в проекционной системе.
• Четвертое поколение — используйте сканирующий лазер для отображения изображений и даже видеоизображений на прозрачном носителе.

Внедряются новые технологии формирования изображения на микродисплеях, в том числе жидкокристаллические дисплеи (ЖКД), жидкие кристаллы на кремнии (LCoS), цифровые микрозеркала (DMD) и органические светодиоды (OLED).

История

Продольный разрез базового рефлекторного прицела (немецкий Revi C12/A 1937 г.)

HUD второго пилота C-130J

HUD произошли от рефлекторного прицела , технологии оптического прицела без параллакса , существовавшей до Второй мировой войны для военных истребителей . ^[4] В гироскопический прицел добавлена ​​сетка , которая перемещается в зависимости от скорости и скорости поворота, чтобы определить величину упреждения , необходимую для поражения цели во время маневрирования.

В начале 1940-х годов Исследовательский институт телекоммуникаций (TRE), отвечающий за разработку радаров в Великобритании , обнаружил, что пилотам ночных истребителей Королевских ВВС (RAF) было трудно реагировать на устные инструкции оператора радара при приближении к целям. . Они экспериментировали с добавлением второго радиолокационного дисплея для пилота, но обнаружили, что им трудно отвести взгляд от освещенного экрана в темное небо, чтобы найти цель. В октябре 1942 года они успешно совместили изображение радиолокационной трубки с проекцией своего стандартного GGS Mk. II гироскопический прицел на ровном участке лобового стекла, а затем и в самом прицеле. ^[5] Ключевым обновлением стал переход от оригинального AI Mk. IV радиолокационная станция СВЧ-диапазона AI Mk. VIII радар обнаружен на ночном истребителе de Havilland Mosquito . Этот набор создавал искусственный горизонт , что еще больше облегчало полет с поднятой головой. ^{[ нужна цитата ]}

В 1955 году Управление военно-морских исследований и разработок ВМС США провело некоторые исследования с использованием макета концептуального блока HUD вместе с боковым контроллером , пытаясь облегчить бремя пилота, управляющего современными реактивными самолетами, и сделать приборы менее сложными во время полета. Хотя их исследования никогда не применялись ни на одном самолете того времени, построенный ими грубый макет HUD имел все характеристики современных HUD. ^[6]

Технология HUD была затем усовершенствована Королевским флотом в самолете Buccaneer , прототип которого впервые поднялся в воздух 30 апреля 1958 года. Самолет был разработан для полетов на очень малых высотах с очень высокими скоростями и сбрасывания бомб в боях, продолжавшихся несколько секунд. Таким образом, у пилота не было времени оторвать взгляд от приборов на бомбовый прицел. Это привело к созданию концепции «ударного прицела», который объединил бы высоту, скорость полета и пушку/бомбовый прицел на едином дисплее, похожем на прицел. Между сторонниками новой конструкции HUD и сторонниками старого электромеханического прицела шла ожесточенная конкуренция, при этом HUD описывался как радикальный и даже безрассудный вариант.

Отделение авиации Министерства обороны Великобритании спонсировало разработку прицела Strike Sight. Королевское авиастроительное предприятие (RAE) разработало оборудование, и к этому времени можно отнести самое раннее использование термина «проекционный дисплей». ^[7] Производственные подразделения были построены компанией Rank Cintel , а система была впервые интегрирована в 1958 году. Бизнес Cintel HUD был передан компании Elliott Flight Automation , а Buccaneer HUD был изготовлен и доработан, вплоть до версии Mark III с всего изготовлено 375 систем; Королевский флот присвоил ему звание «установил и забыл», и почти 25 лет спустя он все еще находился на вооружении. BAE Systems , как преемник Elliotts через GEC-Marconi Avionics, таким образом, претендует на первый в мире проекционный дисплей, находящийся в эксплуатации. ^[8] Аналогичная версия, в которой режимы бомбардировки были заменены режимами ракетной атаки, была частью интерфейса AIRPASS , установленного на English Electric Lightning с 1959 года.

В Соединенном Королевстве вскоре было отмечено, что пилоты, летающие с новыми прицелами, стали лучше пилотировать свои самолеты. ^{[ нужна цитата ]} На этом этапе HUD расширил свою цель за пределы оружия, нацеленного на общее пилотирование. В 1960-х годах французский летчик-испытатель Жильбер Клопфштейн создал первый современный HUD и стандартизированную систему символов HUD, чтобы пилотам нужно было изучить только одну систему и было легче переключаться между самолетами. Современный HUD, используемый в подходах к посадке по правилам полета по приборам, был разработан в 1975 году ^{. [9]} Клопфштейн впервые применил технологию HUD в военных истребителях и вертолетах , стремясь централизовать важные данные полета в поле зрения пилота. Этот подход был направлен на повышение эффективности сканирования пилота и снижение «насыщенности задачами» и информационной перегрузки .

Затем использование HUD вышло за рамки военных самолетов. В 1970-х годах в коммерческой авиации был представлен HUD, а в 1988 году Oldsmobile Cutlass Supreme стал первым серийным автомобилем с проекционным дисплеем.

Еще несколько лет назад самолеты Embraer 190, Saab 2000, Boeing 727 и Boeing 737 Classic (737-300/400/500) и Next Generation (серии 737-600/700/800/900) были единственными коммерческими пассажирскими самолетами. самолет доступен с HUD. Тем не менее, эта технология становится все более распространенной на таких самолетах, как Canadair RJ , Airbus A318 и нескольких бизнес-джетах, оснащенных дисплеями. HUD стали стандартным оборудованием Boeing 787 . ^[10] Кроме того, семейства Airbus A320, A330, A340 и A380 в настоящее время проходят процесс сертификации для HUD. ^[11] HUD были также добавлены на орбитальный аппарат космического корабля "Шаттл" .

Факторы проектирования

Компьютерная гарнитура

При разработке HUD взаимодействуют несколько факторов:

• Поле зрения - также «FOV», указывает угол(ы) как по вертикали, так и по горизонтали, расположенный в глазах пилота, под которым объединитель отображает символы по отношению к внешнему виду. Узкое поле зрения означает, что вид (например, взлетно-посадочной полосы) через объединитель может включать мало дополнительной информации за пределами периметра среды взлетно-посадочной полосы; тогда как широкий угол обзора позволит получить «более широкий» обзор. Для авиации основным преимуществом широкого поля зрения является то, что самолет, приближающийся к взлетно-посадочной полосе при боковом ветре, все равно может видеть взлетно-посадочную полосу через объединитель, даже если самолет направлен далеко от порога взлетно-посадочной полосы; тогда как при узком поле зрения взлетно-посадочная полоса будет находиться «за пределами» объединителя, вне поля зрения HUD. Поскольку человеческие глаза разделены, каждый глаз получает разное изображение. Изображение HUD доступно для просмотра одним или обоими глазами, в зависимости от технических и бюджетных ограничений процесса проектирования. Современные ожидания заключаются в том, что оба глаза видят одно и то же изображение, другими словами, «бинокулярное поле зрения (FOV)».
• Коллимация – проецируемое изображение коллимируется , что делает лучи света параллельными. Поскольку лучи света параллельны, хрусталик человеческого глаза фокусируется на бесконечности, чтобы получить четкое изображение. Коллимированные изображения на объединителе HUD воспринимаются как существующие на оптической бесконечности или около нее . Это означает, что глазам пилота не нужно перефокусироваться для просмотра внешнего мира и дисплея HUD — изображение кажется «там», накладываясь на внешний мир. Эта функция имеет решающее значение для эффективных HUD: отсутствие необходимости перефокусироваться между символической информацией, отображаемой в HUD, и внешним миром, на который эта информация накладывается, является одним из основных преимуществ коллимированных HUD. Это дает HUD особое внимание при маневрах, критичных к безопасности и времени, когда несколько секунд, необходимые пилоту для того, чтобы снова сфокусироваться внутри кабины, а затем снова снаружи, очень важны: например, на заключительных этапах приземления. . Таким образом, коллимация является основной отличительной чертой высокопроизводительных HUD и отличает их от систем потребительского качества, которые, например, просто отражают неколлимированную информацию с лобового стекла автомобиля (заставляя водителей перефокусироваться и переключить внимание с дороги впереди).
• Eyebox — оптический коллиматор создает цилиндр параллельного света, поэтому изображение можно просматривать только тогда, когда глаза зрителя находятся где-то внутри этого цилиндра, трехмерной области, называемой коробкой движения головы или глазком . Современные наглазники HUD обычно имеют размеры примерно 5 поперечных, 3 вертикальных и 6 продольных дюймов (13x8x15 см). Это дает зрителю некоторую свободу движений головы, но движение слишком далеко вверх/вниз или влево/вправо приведет к тому, что изображение исчезнет за краем коллиматора, а движение слишком далеко назад приведет к его обрезанию по краю ( виньетка ). Пилот может видеть весь дисплей, пока один глаз находится внутри окуляра. ^[12]
• Яркость/контрастность . Яркость и контрастность дисплеев регулируются с учетом окружающего освещения, которое может сильно различаться (например, от яркого света ярких облаков до приближающихся безлунных ночей и минимально освещенных полей).
• Прицеливание - компоненты HUD самолета очень точно выровнены по трем осям самолета - процесс, называемый прицеливанием  - так что отображаемые данные соответствуют действительности, как правило, с точностью ± 7,0  миллирадиан (± 24  угловых минуты ) и могут варьироваться в зависимости от угла обзора HUD. . В данном случае слово «соответствовать» означает «когда объект проецируется на объединитель и фактический объект виден, они будут выровнены». Это позволяет дисплею с большой точностью показывать пилоту, где именно находится авиагоризонт , а также прогнозируемую траекторию самолета. Например, при использовании Enhanced Vision отображение огней ВПП выравнивается с фактическими огнями ВПП, когда настоящие огни становятся видимыми. Прицеливание осуществляется в процессе сборки самолета, а на многих самолетах его также можно выполнять в полевых условиях. ^[9]
• Масштабирование . Отображаемое изображение (траектория полета, масштаб тангажа и рыскания и т. д.) масштабируется, чтобы представить пилоту изображение, которое накладывает внешний мир в точном соотношении 1:1. Например, объекты (такие как порог взлетно-посадочной полосы), которые находятся на 3 градуса ниже горизонта, если смотреть из кабины, должны отображаться с индексом -3 градуса на дисплее HUD.
• Совместимость . Компоненты HUD разработаны таким образом, чтобы быть совместимыми с другой авионикой, дисплеями и т. д.

Самолет

Проекционный дисплей F-14A Tomcat

В системах авионики самолетов HUD обычно работают от двух независимых резервных компьютерных систем. Они получают входные данные непосредственно от датчиков ( статических , гироскопических , навигационных и т. д.), находящихся на борту самолета, и выполняют собственные вычисления, а не получают ранее вычисленные данные от бортовых компьютеров. На других самолетах (например, Boeing 787) вычисление наведения HUD для взлета в условиях низкой видимости (LVTO) и захода на посадку в условиях низкой видимости происходит от того же компьютера управления полетом, который управляет автопилотом. Компьютеры интегрированы с системами самолета и позволяют подключаться к нескольким различным шинам данных, таким как ARINC 429 , ARINC 629 и MIL-STD-1553 . ^[9]

Отображаемые данные

Отображаемые символы данных проекционного дисплея

Типичные HUD самолетов отображают воздушную скорость , высоту , линию горизонта , курс , индикаторы поворота/крена и скольжения/заноса . Эти инструменты являются минимумом, требуемым 14 CFR, часть 91. ^[13]

В некоторых HUD также доступны другие символы и данные:

• Символ направления или ватерлинии — фиксируется на дисплее и показывает, куда на самом деле указывает нос самолета.
• Вектор траектории полета (FPV) или символ вектора скорости — показывает, куда на самом деле движется самолет, а не просто туда, куда он направлен, как в случае с направлением прицеливания. Например, если самолет наклонен вверх, но снижается, что может произойти при полете под большим углом атаки или при полете в нисходящем воздухе, тогда символ FPV будет ниже горизонта, даже если символ прицеливания находится над горизонтом. Во время захода на посадку и посадки пилот может выполнять заход на посадку, удерживая символ FPV под желаемым углом снижения и точкой приземления на взлетно-посадочной полосе.
• Индикатор ускорения или сигнал энергии — обычно слева от символа FPV, он находится над ним, если дрон ускоряется, и под символом FPV, если он замедляется.
• Индикатор угла атаки — показывает угол крыла относительно воздушного потока, часто обозначается как «α» .
• навигационные данные и символы — для заходов на посадку и посадки системы наведения полета могут предоставлять визуальные подсказки на основе навигационных средств, таких как система посадки по приборам или расширенная система глобального позиционирования, такая как глобальная система функционального дополнения . Обычно это круг, который помещается внутри символа вектора траектории полета. Пилоты могут лететь по правильной траектории полета, «летя по» ориентиру.

С момента появления на HUD символы FPV и ускорения стали стандартными для проекционных дисплеев (HDD). Фактическая форма символа FPV на жестком диске не стандартизирована, но обычно представляет собой простой рисунок самолета, например круг с двумя короткими угловыми линиями (180 ± 30 градусов) и «крыльями» на концах нисходящей линии. Удерживая FPV на горизонте, пилот может выполнять горизонтальные развороты под разными углами крена.

Специальные приложения для военных самолетов

HUD FA-18 во время имитации воздушного боя

В дополнение к общей информации, описанной выше, военные приложения включают данные систем вооружения и датчиков, такие как:

• Индикатор целеуказания (TD) — размещает сигнал над воздушной или наземной целью (который обычно определяется на основе данных радара или инерциальной навигационной системы ).
• V _c — скорость сближения с целью.
• Диапазон — до цели, путевой точки и т. д.
• ГСН или датчик оружия — показывает, куда указывает ГСН или датчик.
• статус оружия — включает тип и количество выбранного, доступного, поставленного на охрану оружия и т. д.

Заходы на посадку и приземление вертикального и вертикального взлета и посадки

В 1980-х годах военные США протестировали использование HUD на самолетах вертикального взлета и посадки (VTOL) и короткого взлета и посадки (STOL). Формат HUD был разработан в Исследовательском центре Эймса НАСА для предоставления пилотам самолетов вертикального и вертикального взлета и посадки полную информацию о наведении и управлении полетом для полетов категории III C в районе терминала. Это включает в себя широкий спектр полетов: от полетов вертикального взлета и посадки на наземных взлетно-посадочных полосах до операций вертикального взлета и посадки на авианосцах . Основными особенностями этого формата отображения являются интеграция информации о траектории полета и наведения по преследованию в узком поле зрения, легко усваиваемая пилотом с одного взгляда, а также наложение информации о вертикальной и горизонтальной ситуации. Дисплей является производным от успешной конструкции, разработанной для обычных транспортных самолетов. ^[14]

Специальные приложения для гражданских самолетов

Кабина самолета Gulfstream GV НАСА с дисплеем системы синтетического зрения. Комбинатор HUD находится перед пилотом (над ним установлен проектор). Этот объединитель использует изогнутую поверхность для фокусировки изображения.

Использование проекционных дисплеев обеспечивает коммерческим самолетам значительную гибкость в работе. Были одобрены системы, которые позволяют осуществлять взлет и посадку в условиях ограниченной видимости, а также полностью ручную посадку и выкатывание по категории III А. ^{[15] [16] [17]} Изначально дорогие и физически большие, эти системы устанавливались только на более крупные самолеты, способные их поддерживать. Как правило, это были те же самолеты, которые в стандартной комплектации поддерживали автоматическую посадку (за исключением некоторых типов турбовинтовых двигателей ^{[ необходимы разъяснения ]} , которые имели HUD в качестве опции), что делало проекционный дисплей ненужным для посадок по категории III. Это задержало внедрение HUD в коммерческих самолетах. В то же время исследования показали, что использование ИЛС при приземлении уменьшает боковое отклонение от осевой линии во всех условиях приземления, хотя точка приземления по осевой линии не изменяется. ^[18]

Для авиации общего назначения MyGoFlight рассчитывает получить STC и продавать свой SkyDisplay HUD за 25 000 долларов США без установки для одного поршневого двигателя, как Cirrus SR22 , и более для одномоторных турбовинтовых самолетов Cessna Caravan или Pilatus PC-12 : от 5 до 10% от стоимости. традиционная стоимость HUD, хотя и неконформная , не совсем соответствующая внешнему ландшафту. ^[19] Данные о полете с планшетного компьютера можно проецировать на HUD Epic Optix Eagle 1 стоимостью 1800 долларов. ^[20]

Усовершенствованные системы полетного видения

Тепловое изображение , просматриваемое через проекционный дисплей

В более продвинутых системах, таких как «Enhanced Flight Vision System» Федерального управления гражданской авиации США (FAA) ^[21] , на объединитель может быть наложено реальное визуальное изображение. Обычно инфракрасная камера (одно- или многодиапазонная) устанавливается в носовой части самолета для отображения пилоту соответствующего изображения. «Система улучшенного технического зрения EVS» — это принятый в отрасли термин, который ФАУ решило не использовать, поскольку «ФАУ считает, что [его] можно спутать с определением системы и эксплуатационной концепцией, приведенными в 91.175(l) и (m)» [ ^{21 ]} В одной из установок EVS камера фактически установлена ​​в верхней части вертикального стабилизатора, а не «как можно ближе к положению глаз пилота». Однако при использовании с HUD камеру необходимо устанавливать как можно ближе к точке зрения пилота, поскольку ожидается, что изображение будет «перекрывать» реальный мир, когда пилот смотрит через объединитель.

«Регистрация» или точное наложение изображения EVS на изображение реального мира — это одна из особенностей, тщательно изучаемая властями перед утверждением EVS на основе HUD. Это связано с важностью того, чтобы HUD соответствовал реальному миру и, следовательно, мог предоставлять точные данные, а не вводящую в заблуждение информацию.

Хотя дисплей EVS может очень помочь, ФАУ лишь смягчило правила эксплуатации ^[22] , поэтому самолет с EVS может выполнять заход на посадку КАТЕГОРИИ I к минимумам КАТЕГОРИИ II . Во всех остальных случаях летный экипаж должен соблюдать все визуальные ограничения «без посторонней помощи». (Например, если видимость на взлетно-посадочной полосе ограничена из-за тумана, даже несмотря на то, что EVS может обеспечивать четкое визуальное изображение, маневрирование самолета с использованием только EVS нецелесообразно (или законно) на высоте ниже 100 футов над уровнем земли.)

Системы синтетического зрения

Дисплей системы синтетического зрения (Honeywell)

Системы HUD также разрабатываются для отображения графического изображения системы синтетического зрения (SVS), которая использует высокоточные базы данных навигации, ориентации, высоты и местности для создания реалистичных и интуитивно понятных представлений внешнего мира. ^{[23] [24] [25]}

На изображении 1-го SVS с опущенной головой, показанном справа, сразу видимые индикаторы включают ленту воздушной скорости слева, ленту высоты справа и индикаторы поворота/крена/скольжения/заноса вверху по центру. Символ прицеливания (-v-) находится в центре, а непосредственно под ним находится символ вектора траектории полета (FPV) (круг с короткими крыльями и вертикальным стабилизатором). Видна линия горизонта, идущая по дисплею с разрывом в центре, а непосредственно слева расположены цифры ±10 градусов с короткой линией ±5 градусов (линия +5 градусов видна легче), которые вместе с линия горизонта показывает тангаж самолета. В отличие от этого цветного изображения SVS на основном полетном дисплее с опущенной головой, SVS, отображаемый на HUD, является монохромным, то есть, как правило, в оттенках зеленого.

Изображение указывает на самолет, находящийся в горизонтальном положении (т. е. символ вектора траектории полета плоский относительно линии горизонта, а на указателе разворота/крена отсутствует крен). Скорость полета 140 узлов, высота 9450 футов, курс 343 градуса (цифра под указателем разворота/крена). При внимательном рассмотрении изображения можно увидеть небольшой фиолетовый кружок, который немного смещен от вектора траектории полета вправо внизу. Это сигнал управления, исходящий от системы управления полетом. При стабилизации на заходе на посадку этот фиолетовый символ должен находиться в центре FPV.

Ландшафт полностью сгенерирован компьютером из базы данных ландшафта высокого разрешения.

В некоторых системах SVS рассчитывает текущую траекторию полета самолета или возможную траекторию полета (на основе летно-технической модели самолета, текущей энергии самолета и окружающей местности), а затем окрашивает любые препятствия в красный цвет, чтобы предупредить летный экипаж. Такая система могла бы помочь предотвратить крушение рейса 965 American Airlines о гору в декабре ^{1995 года .}

В левой части дисплея находится уникальный для SVS символ в виде фиолетовой, уменьшающейся в сторону лестницы, который продолжается в правой части дисплея. Две линии определяют «туннель в небе». Этот символ определяет желаемую траекторию самолета в трех измерениях. Например, если пилот выбрал аэропорт слева, то этот символ будет изгибаться влево и вниз. Если пилот держит вектор траектории полета рядом с символом траектории, аппарат будет лететь по оптимальной траектории. Этот путь будет основан на информации, хранящейся в базе данных системы управления полетами, и будет отображать подход, одобренный ФАУ для этого аэропорта.

Туннель в небе также может существенно помочь пилоту, когда требуется более точный четырехмерный полет, например, при уменьшении требований к вертикальному или горизонтальному зазору в соответствии с требованиями требуемых навигационных характеристик (RNP). В таких условиях пилоту дается графическое изображение того, где должен находиться самолет и куда он должен двигаться, вместо того, чтобы пилоту приходилось мысленно объединять высоту, воздушную скорость, курс, энергию, а также долготу и широту, чтобы правильно управлять самолетом. ^[26]

Танки

В середине 2017 года Армия обороны Израиля начнет испытания Elbit Iron Vision, первого в мире нашлемного проекционного дисплея для танков. Израильская компания Elbit, разработавшая нашлемную систему отображения для F-35 , планирует, что Iron Vision будет использовать ряд внешних камер для проецирования 360-градусного обзора окружающей обстановки вокруг танка на нашлемные козырьки членов экипажа. Это позволяет членам экипажа оставаться внутри танка без необходимости открывать люки, чтобы посмотреть наружу. ^[27]

Автомобили

HUD в BMW E60

Зеленая стрелка на лобовом стекле в верхней части этого изображения — это проекционный дисплей Toyota Prius 2013 года выпуска . Он переключается между стрелкой инструкций GPS- навигации и спидометром. Стрелка анимирована и прокручивается вперед по мере приближения автомобиля к повороту. Изображение проецируется без использования какого-либо стеклянного объединителя.

Эти дисплеи становятся все более доступными в серийных автомобилях и обычно включают в себя дисплеи спидометра , тахометра и навигационной системы . Информация ночного видения также отображается через HUD на некоторых автомобилях. В отличие от большинства HUD, используемых в самолетах, автомобильные проекционные дисплеи не лишены параллакса. Дисплей может быть не виден водителю в солнцезащитных очках с поляризационными линзами.

Также существуют дополнительные системы HUD, проецирующие изображение на стеклянный объединитель, установленный над или под лобовым стеклом, или использующие само лобовое стекло в качестве объединителя.

В 2012 году корпорация Pioneer представила навигационную систему HUD, которая заменяет солнцезащитный козырек со стороны водителя и визуально накладывает анимацию условий впереди, что является формой дополненной реальности (AR) . ^{[28] [29]} Разработанный Pioneer Corporation, AR-HUD стал первым автомобильным проекционным дисплеем на вторичном рынке, в котором используется метод сканирования лазерного луча, направленный прямо в глаза, также известный как виртуальный сетчаточный дисплей (VRD). Основная технология AR-HUD включает в себя миниатюрный дисплей сканирования лазерным лучом, разработанный MicroVision, Inc. ^[30]

HUD для мотоциклетных шлемов также имеются в продаже. ^[31]

В последние годы утверждалось, что обычные HUD будут заменены голографическими технологиями дополненной реальности , такими как технологии, разработанные WayRay , в которых используются голографические оптические элементы (HOE). HOE обеспечивает более широкое поле зрения, одновременно уменьшая размер устройства и делая решение настраиваемым для любой модели автомобиля. ^{[32] [33]} Mercedes Benz представил проекционный дисплей на основе дополненной реальности ^[34] , в то время как Faurecia инвестировала в проекционный дисплей, управляемый взглядом и пальцами. ^[35]

Дальнейшее развитие и экспериментальное использование

HUD были предложены или разрабатываются экспериментально для ряда других приложений. В военных условиях HUD может использоваться для наложения на пехотинцев тактической информации, такой как данные лазерного дальномера или местоположения товарищей по отряду . Также был разработан прототип HUD, который отображает информацию на внутренней стороне очков пловца или маски аквалангиста . ^[36] Также проходят испытания системы HUD, которые проецируют информацию непосредственно на сетчатку пользователя с помощью маломощного лазера ( виртуальный сетчаточный дисплей ). ^{[37] [38]}

Некоторые проекционные дисплеи могут выполнять языковой перевод в режиме реального времени. ^[39]

Смотрите также

• Указатель авиационных статей
• Акронимы и сокращения в авионике
• Дополненная реальность
• Преимущества «Глаза на дороге»
• АйТап
• HUD (видеоигры)
• Оптический головной дисплей
• Смарт-очки
• Виртуальный сетчаточный дисплей
• Позиционное отслеживание VR
• Носимый компьютер

Рекомендации

1. Оксфордский словарь английского языка, Ангус Стивенсон, Oxford University Press – 2010, стр. 809 ( проекционный дисплей (Северная Америка также проекционный дисплей) )
2. «Дополненная реальность привносит VR в реальный мир множеством интересных способов» . Цифровые тенденции . 06.06.2019 . Проверено 10 октября 2022 г.
3. Фред Х. Превич; Уильям Р. Эрколин (2004). Пространственная дезориентация в авиации. АААА. п. 452. ИСБН 978-1-60086-451-3.
4. Д.Н. Джарретт (2005). Инженерная кабина. Ашгейт Паб. п. 189. ИСБН 0-7546-1751-3. Проверено 14 июля 2012 г.
5. Ян Уайт, «История радара воздушного перехвата и британского ночного истребителя», Pen & Sword, 2007, стр. 207
6. «Экран телевизора на лобовом стекле для облегчения полета вслепую». «Популярная механика» , март 1955 г., с. 101.
7. Джон Ким, Разрыв виртуального, Колледж Digital Commons Macalester, 2016, стр. 54
8. Архивы Рочестерской авионики
9. Спитцер, Кэри Р., изд. «Справочник по цифровой авионике». Проекционные дисплеи. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2001 г.
10. Норрис, Г.; Томас, Г.; Вагнер, М. и Форбс Смит, К. (2005). Boeing 787 Dreamliner — новое определение полета . Международные аэрокосмические технические публикации. ISBN 0-9752341-2-9.
11. «Airbus A318 одобрен для использования с проекционным дисплеем» . Airbus.com. 03.12.2007. Архивировано из оригинала 7 декабря 2007 года . Проверено 2 октября 2009 г.
12. Кэри Р. Спитцер (2000). Справочник по цифровой авионике. ЦРК Пресс. п. 4. ISBN 978-1-4200-3687-9.
13. «14 CFR, часть 91» . Airweb.faa.gov . Проверено 2 октября 2009 г.
14. Вернон К. Меррик, Гленн Г. Фаррис и Андрейс А. Ванагс. «Проекционный дисплей для применения при заходе на посадку и посадке самолетов V/STOL». Исследовательский центр Эймса НАСА, 1990 год.
15. Заказ: 8700.1 Приложение: 3 Тип бюллетеня: Справочник по летным стандартам. Бюллетень для авиации общего назначения (HBGA). Номер бюллетеня: HBGA 99-16 Название бюллетеня: Разрешение категории III для эксплуатантов частей 91 и 125 с системами лобового наведения (HGS); Дата вступления в силу LOA и операций: 31.08.99. Архивировано 1 октября 2006 г. в Wayback Machine.
16. Falcon 2000 становится первым бизнес-джетом, сертифицированным JAA и FAA категории III A; Новости Aviation Weeks онлайн, 7 сентября 1998 г.
17. «Руководство по проектированию системы HUD содержится в проекте консультативного циркуляра AC 25.1329-1X «Утверждение систем управления полетом» от 12.10.2004». Airweb.faa.gov . Проверено 2 октября 2009 г.
18. Готеман, О.; Смит, К.; Деккер, С. (2007). «HUD с вектором скорости (траектории полета) уменьшает боковую ошибку при посадке в условиях ограниченной видимости». Международный журнал авиационной психологии . 17 (1): 91–108. дои : 10.1080/10508410709336939. S2CID  219641008.
19. Мэтт Тербер (24 августа 2018 г.). «HUD для остальных из нас» . АЙН онлайн .
20. Мэтт Тербер (26 декабря 2018 г.). «Этот HUD для вас». АЙН онлайн .
21. Министерство транспорта США/ФАУ – Окончательное правило: усовершенствованные системы полетного видения www.regulations.gov
22. 14 CFR, часть 91.175, изменение 281 «Взлет и посадка по ППП»
23. «Слайд 1» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г. Проверено 2 октября 2009 г.
24. Для получения дополнительной информации см. «Оценка альтернативных концепций полетных дисплеев с синтетическим зрением со вставками изображений датчиков, проникающих в погоду, во время имитации заходов на посадку», NASA/TP-2003-212643. Архивировано 1 ноября 2004 г. на Wayback Machine .
25. «Больше никаких полетов вслепую, НАСА» . НАСА.gov. 30 ноября 2007 г. Проверено 2 октября 2009 г.
26. «Презентация PowerPoint» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2008 г. Проверено 2 октября 2009 г.
27. ЦАХАЛ проведет испытания IronVision компании Elbit в ОБТ Меркава Питер Фелстед, Тель-Авив - еженедельник IHS Jane's Defense Weekly, 27 марта 2017 г.
28. Алебастр, Джей (28 июня 2013 г.). «Pioneer запускает автомобильную навигацию с дополненной реальностью и проекционными дисплеями». Компьютерный мир .
29. Уланов, Лэнс (11 января 2012 г.). «Проекционный дисплей Pioneer AR повышает реальность вождения» . Машаемый .
30. Фриман, Чемпион (2014). «Мадхейвен — сканирующие лазерные пикопроекторы: видение общей картины (с помощью небольшого устройства)».
31. «Майк, Вернер. «Тестовое вождение HUD мотоцикла SportVue». Мотоциклы на скоростной полосе. 8 ноября 2005 г. По состоянию на 14 февраля 2007 г.». Новости.motorbiker.org. Архивировано из оригинала 30 марта 2010 года . Проверено 2 октября 2009 г.
32. «Автомобильный HUD от WayRay убедил меня, что HUD может быть лучше» . ТехКранч . Проверено 3 октября 2018 г.
33. «Набор интеллектуальных инструментов для вождения AR для замены GPS? - L'Atelier BNP Paribas» . Ателье BNP Paribas . Проверено 3 октября 2018 г.
34. «Проекционные дисплеи дополненной реальности для автомобилей наконец-то стали реальностью» . 10 июля 2020 г.
35. Прабхакар, Гаудхам; Рамакришнан, Апарна; Мадан, Модикша; Мурти, LRD; Шарма, Винай Кришна; Дешмук, Сачин; Бисвас, Прадипта (2020). «Интерактивный интерфейс с управлением взглядом и пальцем для автомобилей». Журнал о мультимодальных пользовательских интерфейсах . 14 : 101–121. дои : 10.1007/s12193-019-00316-9. ISSN  1783-8738. S2CID  208261516.
36. Клотье, Джули. «Портье, Джули. «Умные очки, удобные для глаз». CNN.Com. 27 июня 2005 г. CNN. По состоянию на 22 февраля 2007 г.». Edition.cnn.com . Проверено 2 октября 2009 г.
37. Панайотис Фиамболис. «Технология виртуального дисплея сетчатки (VRD). Технология виртуального дисплея сетчатки. Военно-морская аспирантура. 13 февраля 2007 г.». Cs.nps.navy.mil. Архивировано из оригинала 13 апреля 2008 года . Проверено 2 октября 2009 г.
38. Лейк, Мэтт (26 апреля 2001 г.). «Лейк, Мэтт (26 апреля 2001 г.). «Как это работает: сетчаточные дисплеи добавляют второй уровень данных»». Нью-Йорк Таймс . Проверено 2 октября 2009 г.
39. Боргино, Дарио (29 июля 2012 г.). Очки дополненной реальности выполняют языковой перевод в режиме реального времени. гизмаг .

Внешние ссылки

• Статья из архива Рочестера — «Buccaneer HUD PDU»
• Статья BBC — «Пакман виртуально оживает»
• «Клиническая оценка отображения данных анестезии на лобовом стекле»
• «Когда Head-up станет гражданским» - архив рейса 1968 г.
• «Братья Эллиотт в BAE Systems» – краткая история братьев Эллиотт
• Head-up Over the Hills - статья Flight International 1964 года о полетах с использованием раннего проекционного дисплея Specto.
• Jaguar представляет технологию «виртуального широкоэкранного экрана» для помощи водителям – Latin Post
• История о том, как все эскадрильи Miramar Tomcat получили средства на приобретение оптических прицелов для крепления к HUD своих истребителей F-14.