民用飞机增强型飞行视景系统研究

费益

【摘 要】增强型飞行视景系统在民用航空业是一项新兴技术，在国内应用尚处于起步阶段。本文对这一新技术的特征、系统要求及其应用进行研究。

【关键词】增强型飞行视景系统；视景增强系统；平显系统

0 引言

长期以来，恶劣天气和起降安全是困扰民航运输的两大难题，成为影响民航运行安全、正点率和运营成本的主要因素。增强型飞行视景系统（EFVS）技术的发展和应用为破解这两大难题提供了一种便捷的途径。

EFVS，是视景增强系统（EVS）与平显系统（HUD）的综合，它将EVS获取的飞机前方场景的红外图像与HUD上显示的主飞行信息融合，显示在飞行员前方的平显组合仪上，并且保证所显示的图像、符号与外界场景是重合的。

EFVS能够增强飞行员态势感知能力，既使飞行员“看得更清”，也使飞行员“飞得更准”。在低能见度气象条件下，EFVS能将飞机前方场景呈现给飞行员，以获得一个等同于标准仪表进近程序规定的能见度。飞行员依靠这一增强的飞行能见度识别跑道目视参考，按照FAR 91.175（l）条规定，驾驶飞机至最低决断高度以下、接地区标高100英尺以上[1]。

1 EFVS系统介绍

根据美国联邦航空管理局的定义，EFVS是一种利用图像传感器（如前视红外或毫米波探测器）为飞行员提供飞行前方外部场景显示的电子系统[2]。

EFVS将图像传感器采集到的信息送到图像处理模块中，并与平显显示字符进行融合，处理完的视频图像经视频总线传输到平显投影装置，最终显示在组合仪上。

2 EFVS与EVS的区别

EVS是EFVS系统的组成部分，相对于独立的EVS，两者主要存在以下区别：

a.对于EVS来说，对平显上显示的主飞行信息无特殊要求，其增强视景图像不要求在平显上显示，更不要求图像与外界场景对准。EVS只是用于增强飞行员的情境意识，飞行员不能凭借EVS获得增强的飞行能见度，也不能凭借EVS来识别着陆所必须的参照物，飞行员必须严格按照FAR 91.175（c）（d）（e）的规定执行着陆或复飞程序。

b.作为EFVS，必须具备如下特征，而EVS则可不具备：

1）EFVS的增强视景图像必须和仪表飞行信息（如姿态、飞行航迹矢量、飞行航迹角参考符号）一起显示在平显上，从而保证主飞飞行员在其正常的操作位置上沿飞行航迹方向就能清楚地看到这些信息；

2）EFVS的增强视景图像，以及平显上的姿态、飞行航迹矢量、飞行航迹角参考符号、其它与外界场景相关的符号，都必须和外界场景对准；

3）飞行航迹角参考符号必须显示在平显俯仰刻度带上，并允许飞行员选择进近所需要的下降角、监控飞机在进行没有垂直导引的进近时的垂直航迹；

4）EFVS的增强视景图像以及平显上的其它显示符号不能妨碍飞行员透过风挡观察外界场景；

5）EFVS需要从飞机导航系统、飞行导引系统（如平显不具备导引计算功能）获取信息；

6）EFVS的显示特征和动态画面必须有利于飞行员手动控制飞机。

c.从运行角度来说，EFVS可以帮助飞行员获得增强的飞行能见度，并辨认FAR 91.175（l） （3）所要求的目视参考，在除CAT II和CAT III类的进近中驾驶飞机至最低决断高度以下，接地区标高100ft以上。而在使用EVS时，只能参照一般获取目视参考的进近来运行。需要指出的是，即使在借助EFVS的进近中，飞机在距离接地区100英尺高度时，飞行员依然需要目视辨别FAR 91.175（l）（4）中指定的跑道参照物，否则就必须执行复飞。2013年6月，FAA发布了对使用EFVS进行着陆运行批准的修改建议书，拟将原来使用EFVS最低下降至距接地区100英尺以上变为直接下降至接地区。在不久的将来，EFVS将可以发挥与CATⅢ进近导引相同的作用，EFVS所能带来的运行优势将更加明显。

3 EFVS系统要求

3.1 EFVS对平显的要求

平显也是EFVS系统的组成部分，平显系统的设计除了满足ARP5288、AS8055等行业规范外，必须考虑以下要求：

a.平显的视场设计必须保证在所有可预期的飞机姿态、构型、环境（如风切变）下，EFVS的增强视景图像都对飞行员可见，且与外界场景是对准的；

b.平显上至少需要显示以下飞行信息：

1）空速；

2）垂直速度；

3）姿态；

4）航向；

5）高度；

6）进近和着陆指引；

7）航迹偏移指示；

8）飞行航迹矢量；

9）飞行航迹角参考符号。

3.2 EFVS的最低性能要求

EFVS增强视景图像的显示延迟不应超过100ms。

EFVS增强视景图像视场至少为水平20°、垂直15°（以飞行员水平视线为分界线进行度量）。并且当图像以飞行航迹矢量为中心进行描述时，垂直视场至少为5°（±2.5°）。

从平显眼位参考点处观察，EFVS增强视景图像的抖动幅度应小于0.6mrad。

当EFVS增强视景图像的显示亮度以0.25HZ以上的频率变化时，就形成了闪烁。从平显眼盒内观察EFVS视场内的图像，光强从环境光强到平显最大光强之间变化，都不应给飞行员带来不可接受的闪烁。

EFVS初次安装时需经过光学校准。经校准后，图像的精度误差从设计眼位处测量，在显示画面中央必须小于5.0mrad。

增强视景图像的分辨率必须保证在距离接地区200ft高度时，并且飞机以3°的下滑角进近时，能够使飞行员辨认60ft宽的跑道。

增强视景图像中坏像素的比例不能超过整个显示区域的1%。

4 EFVS应用前景

目前，国际上EFVS在公务机（以湾流为代表）和货运机（以联邦快递为代表）上已比较普遍地应用，但是在商用客机上尚无应用和验证的先例。针对现有的EFVS运行规则，国际上已有许多成功取证的例子，首都航空装备EFVS的公务机在国内也得到了中国民航局（CAAC）的运行批准。从FAA发布的对使用EFVS进行着陆运行批准的修改建议书来看，未来对装备EFVS飞机的着陆所需条件会越来越放宽，也就是说，EFVS在CAT I和CAT II类机场所能发挥的优势将越来越明显，这对中国这样一个具备众多CAT I类机场的国家来说，EFVS必将在公务机、货运机及商用客机上得到非常广泛的应用。

5 结束语

EFVS对于增强飞行安全能够发挥显著作用，它能（下转第124页）（上接第111页）够降低飞机对机场设施的依赖，在低等级的机场实施高级别的进近，扩大飞机对机场的适应能力和运行范围，降低运行成本。本文着重阐述了EFVS相对EVS的设计特征，以及EFVS系统的设计要求，给出了EFVS的应用现状，并展望了其应用前景。

【参考文献】

[1]FAR 91， GENERAL OPERATING AND FLIGHT RULES[S]. Federal Aviation Administration， 2010.

[2]AC 20-167， Airworthiness Approval of Enhanced Vision System， Synthetic Vision System， Combined Vision System， and Enhanced Flight Vision System Equipment[S]. Federal Aviation Administration， 2010.

[责任编辑：杨玉洁]