军用飞行头盔最新发展趋势：内置抬头显示（HUD）

2022年 10月 17日

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作者:

Anne Corning

早在2019年，我们就写过有关F-35联合攻击战斗机（Joint Strike Fighter）头盔的博客文章。当时，这是一种全新的头盔，代表了有史以来最先进的军用航空头盔。点击阅读这篇博客文章中的相关内容。该文章已成为瑞淀发布的阅读量最高的博客文章。三年后，F-35头盔仍然被认为是最先进的军用航空头盔，《现代化战场》（The Modern Battlespace）杂志最近发表的一篇文章对此进行了聚焦报道：该头盔“提供无与伦比的态势分析、视觉准确性和飞行安全性”。 ¹

F-35头盔。（图片© Collins Aerospace）

除了F-35头盔外，全新的“新一代固定翼头盔”不久也将面世²，适用于F-15E和除F-35外的所有其他固定翼飞机。这款新型AV 2.2头盔由总部位于美国加州的LIFT Airborne Technologies公司设计，美国空军已选中该产品，在完成开发和现场测试之后，预计将于2024年投入生产。

头盔采用坚固而轻质的碳纤维材料制成，将改进人体工程学设计，并提升飞行员舒适度，特别是女性飞行员，她们佩戴的头盔尺寸通常比男性飞行员更小，但仍然配备相同重量的显示器、视觉和通信系统，这可能会导致重心改变。

美国空军最终选择了一款于2019年首次推出的新一代固定翼头盔系统，以应对行业的挑战。上图为获选产品AV2.2头盔。（图片© LIFT Technologies）

确保抬头显示（HUD）的质量和性能

为确保HUD满足预期用途，制造商们必须考虑并解决多种因素，包括设计、外形尺寸、符号、显示器品质等。飞行员依靠视觉获取90%以上与驾驶飞机有关的信息。³这意味着任何驾驶舱显示器系统必须与人类视觉感知科学相匹配。

制造商们必须从人类用户观看的角度对HUD进行评估。举例来说，由于人类大脑中的视觉处理系统结合了两只眼睛分别捕捉到的两个略微不同的图像，因此制造商们必须测试HUD投影是否正确对位以及双眼观看焦点是否对准。

此外，投影信息的亮度和色度必须足够生动逼真，以确保能够在任何照明条件下、在任何环境中都能清晰识别。如果操作人员无法解读显示器可视区域内投影效果不佳的物体，低质量的投影将使飞机面临风险。这可能会导致信息曲解、关键环境数据丢失（如导航、目标接近度和其他警报）以及造成飞行员分心。

举例来说，在开发F-35头盔时，Rockwell Collins公司的工程师们必须找到解决抬头显示（HUD）视觉问题的方法。夜间使用中，试飞员有时会看到一种“光晕”或绿色阴霾效应，这会使可见性受损。该公司的开发团队确定，这种效应是由于HUD采用的LCD屏幕的一些背光渗透造成的。转为采用OLED自发光显示屏后，解决了这一问题。

接近一艘航空母舰时，来自F-35头盔HUD的飞行员视图（图片来源： K2 Communications Inc.）

为准确评估HUD的关键视觉质量，必须采用严格的检测方案，其中包括与人类视觉感知高度匹配的亮度或色度测量和尺寸检测。将光学（基于图像）测量设备与配套的测试和测量软件搭配使用，可根据一系列视觉标准在eyebox区域内的多个点（确保充分考虑完整的潜在观看角度范围）对HUD投影进行全面检测。

瑞淀光学系统为消费类电子设备、汽车和航空航天行业的传统显示器、近眼显示（NED）和HUD测试提供行业领先的解决方案，瑞淀设备所具备的显著优点可以优化测试速度，并减少复杂性。瑞淀的ProMetric® 成像亮度计和色度计过专门设计，能够模拟人眼视觉对亮度和色度的感知（基于标准CIE色匹配函数）。这些系统具有众多优点，包括电子镜头和虚像距动态计算，可对HUD执行自动化测量。

瑞淀的TT-HUD™ 软件向制造商们提供一系列HUD测试库、API、SDK和自动化pass/fail测试序列，以确保航空抬头显示（HUD）的质量和性能。如需了解更多有关航空HUD设计和质量保证考虑因素方面的信息，请阅读瑞淀的以下文章：“航空抬头显示（HUD）的质量考虑因素”，文章发表于《今日航空》（Aviation Today）杂志。