CN102152859B - 飞机驾驶舱光环境仿真测评系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机驾驶舱光环境仿真测评系统，其由驾驶舱光环境模拟仿真系统以及驾驶舱信息显示界面测评系统两部分组成。光环境模拟仿真系统可以真实模拟飞机驾驶舱的全天候光照条件，在此条件下利用信息显示界面测评系统对显示系统的全天候视觉效果进行测试，从而对信息显示界面的视觉工效进行测评。利用该仿真测评系统，可以提高飞机座舱信息显示界面的设计质量，缩短研制周期，降低开发成本。

Description

飞机驾驶舱光环境仿真测评系统及方法

技术领域

本发明涉及一种飞机驾驶舱光环境仿真测评系统及方法。

背景技术

随着现代飞机性能的逐渐提高，对飞机座舱仪表显示界面所能呈现的信息的要求也越来越高。为保证飞机的飞行安全和驾驶员的操纵绩效，飞机座舱显示界面必须在全天候的视觉环境下保持理想的显示效果和视觉工效。在传统飞行器设计流程中，驾驶舱信息显示系统的设计验证往往需要在样机模型搭建完成甚至是飞行试验之后才能进行，这给早期设计工作带来困难。一旦发现问题，必须重新进行设计，再次建模试飞，这样给人力、物力造成了很大的浪费，并大大延长了开发周期。基于上述情况，设计出一套能够真实模拟驾驶舱全天候光照条件的仿真装置，能够在驾驶舱显示界面设计阶段对显示系统的全天候视觉效果进行测评，并依据国家军用标准和行业标准中的相关内容给出测评结果，从而指导座舱信息显示界面设计。

发明内容

本发明提供了一种飞机驾驶舱光环境仿真测评系统，其包括两个子系统：

1.驾驶舱光环境模拟仿真系统，用于对驾驶舱真实光照环境进行仿真；

2.驾驶舱信息显示界面测评系统，用于测评驾驶舱信息显示界面视觉工效，其包括两个子模块，分别是对比率测评系统模块，用于计算信息显示界面的显示对比率并进行对比率测评；和可读性测评系统模块，用于计算信息显示界面的颜色分辨率并进行可读性测评。

本发明的优点包括：

(1)提供一种模拟驾驶舱真实光照环境的仿真装置，在整个飞行模拟器上加装一个遮光罩，隔绝了外界光线对整个仿真装置的干扰，使用内建的照明系统真实模拟飞行过程中可能遇到的光环境，可以模拟驾驶舱在不同光照条件下的天空散射光以及太阳光环境。

(2)提供一种驾驶舱显示界面视觉工效测评系统，借助光照环境模拟装置，在进行简单的操作后就能够对显示界面在不同飞行环境下的视觉工效进行测评。

(3)与传统的飞行器驾驶舱显示界面设计相比，采用本发明能够在飞机座舱设计的初期阶段提早发现存在的不足并进行改进，从而减少人力、物力的浪费，缩短研发周期，降低设计成本，并直接指导飞机座舱显示界面设计。

根据本发明的一个方面，提供了一种驾驶舱光环境仿真测评系统，其特征在于包括

驾驶舱模拟仿真系统，用于模拟驾驶舱的飞行环境；

驾驶舱光环境模拟仿真系统，用于将驾驶舱环境调节为预定的标准测试光环境；

驾驶舱信息显示界面测评系统，用于对该环境下的显示界面的视觉工效进行测评。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种驾驶舱光环境仿真测评方法，其特征在于包括：

将模拟驾驶舱的飞行环境设置为预定的标准测试光环境；

用亮度计测量三次显示器界面中白色图形和数字图像的亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为白色图形和数字图像的亮度值，

用亮度计测量三次显示器界面的背景区亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为背景区亮度值，

得出该环境下的显示界面对比率，

将显示界面对比率与该测评指标数据进行比较，从而得出测评结果。

附图说明：

图1为根据本发明的一个实施例的驾驶舱光环境仿真测评系统模块配置图。

图2为根据本发明的一个实施例的驾驶舱光环境仿真测评系统工作总流程图。

图3为根据本发明的一个实施例的驾驶舱光环境模拟仿真系统工作流程图。

图4为根据本发明的一个实施例的驾驶舱信息显示界面测评系统工作流程图。

图5为根据本发明的一个实施例的信息显示界面对比率测评系统模块工作流程图。

图6为根据本发明的一个实施例的信息显示界面可读性测评系统模块工作流程图。

图7为根据本发明的一个实施例的驾驶舱光环境模拟仿真系统结构示意图，图7A、7B、7C分别为该结构的左视图、顶视图和后视图。

具体实施方式

为提高飞机座舱信息显示界面的设计质量，缩短研制周期，降低成本，本发明提供了一种具有飞机座舱信息显示界面显示特性测试功能的驾驶舱光环境模拟仿真测评系统，该系统能够模拟驾驶舱真实光环境，并能测评信息显示界面在真实光环境下的视觉工效。

根据本发明的一个实施例的飞机驾驶舱光环境仿真测评系统对驾驶舱信息显示设备的显示界面视觉工效是否符合设计规范进行测评。如图1所示，驾驶舱光环境仿真测评系统的总体构成包括驾驶舱模拟仿真系统(1)、驾驶舱光环境模拟仿真系统(2)和驾驶舱信息显示界面测评系统(3)。驾驶舱信息显示界面测评系统(3)包括信息显示界面对比率测评系统模块(301)和信息显示界面可读性测评系统模块(302)。

如图2所示，驾驶舱光环境仿真测评系统首先使用驾驶舱模拟仿真系统(1)模拟驾驶舱的正常飞行环境(步骤11)，再使用驾驶舱光环境模拟仿真系统(2)将驾驶舱环境调节为预定的标准测试光环境，接着使用驾驶舱信息显示界面测评系统(3)对该环境下的显示界面的视觉工效进行测评(步骤12)，最终给出信息显示界面在真实光环境下的视觉工效的测评结果(步骤13)。

如图3所示，驾驶舱光环境模拟仿真系统(2)工作流程如下，首先开启整个光环境模拟仿真装置的总电源开关(步骤21)，调节空调(411)温度直到驾驶舱的环境温度达到测评预定温度值(步骤22)，再使用调光开关(402)调节环境光模拟设备(406-408)的亮度，直到整个驾驶舱的照度达到预定标准(如《机载有源矩阵液晶显示器通用规范》(GJB5187-2003)中3.8.3.1规定的标准照度值21528lx(2000fc))(步骤23)。然后，调节驾驶舱太阳光模拟用射灯组(409-410)的照射方向并使用调光开关(402)调节太阳光模拟设备(409-410)的亮度，直到整个驾驶舱的模拟太阳光镜面角亮度标准值达到《机载有源矩阵液晶显示器通用规范》(GJB5187-2003)中3.8.3.1规定的标准亮度值6852cd/m²(2000fl)(步骤24)，这样便完成了驾驶舱测评用标准光环境的模拟仿真调节。

如图4所示，驾驶舱信息显示界面测评系统(3)在调节驾驶舱光环境模拟仿真系统使驾驶舱光环境达到标准规定时，使用对比率测评系统模块(301)进行信息显示界面对比率测评(步骤31)，在相同的光照环境下使用可读性测评系统模块(302)接着进行显示界面可读性测评(步骤32)，最后显示测评结果(步骤33)。

如图5所示的是信息显示界面对比率测评系统模块(301)的工作流程，其中在调节驾驶舱光环境模拟仿真系统使驾驶舱光环境达到预定标准后，打开飞行模拟器并显示预定的实验界面(步骤311)，然后用亮度计测量三次显示器界面中白色图形和数字图像的亮度并记录数据(步骤312)，计算所测亮度的平均值，记为白色图形和数字图像的亮度值(步骤313)；接着用亮度计测量三次显示器界面的背景区亮度并记录数据(步骤314)，计算所测亮度的平均值，记为背景区亮度值(步骤315)。依据《机载有源矩阵液晶显示器通用规范》(GJB5187-2003)中3.8.5.1的规定，对比率的计算方法为

CR＝L_t/L_b＝(L_s+L_b)/L_b...........................(I)

式中：CR表示对比率；L_t表示在规定环境条件下被测区域字符总亮度，单位为坎特拉每平方米(cd/m²)；L_b表示在与L_t测量相同环境条件下背景区亮度，单位为坎特拉每平方米(cd/m²)；L_s表示在黑暗环境下被测区域的字符亮度，单位为坎特拉每平方米(cd/m²)。

依据此原理，白色图形和数字图像的亮度值为L_t，背景区亮度值为L_b。将以上数据带入公式(I)进行计算，就可以得出该环境下的显示界面对比率(步骤316)。依据《机载有源矩阵液晶显示器通用规范》(GJB5187-2003)中3.8.5.1a)的规定，在整个显示器显示界面观察角75％范围内，白色图形和字母数字图像的对比率不小于5.0，将显示界面对比率与该测评指标数据进行比较(步骤317)，最后得出测评结果。

如图6所示为信息显示界面可读性测评系统模块(302)的工作流程，其中在调节驾驶舱光环境模拟仿真系统使驾驶舱光环境达到预定标准后，打开飞行模拟器并显示预定的实验界面(步骤321)，用亮度计和光谱辐射计测量三次目标颜色的亮度值和在1960CIE色度空间上的颜色坐标并记录数据(步骤322)，计算它们的平均值并记为目标颜色的亮度值和颜色坐标(步骤323)，接着测量三次背景颜色的亮度值和在1960CIE色度空间上的颜色坐标并记录数据(步骤324)，计算它们的平均值并记为背景颜色的亮度值和颜色坐标(步骤325)。依据《民用飞机电子显示系统通用规范》(HB6556-91)中5.6.1的规定，在座舱所有照明条件下，从设计眼睛观察包络范围内观察显示器，所显示的字符应清晰可读。为此，显示器应有足够的对比率，对于彩色电子显示器，应保证颜色分辨指数为1或更大。颜色分辨指数(ID)是目标颜色和背景颜色的亮度值的综合指标，计算公式如下：

$\mathrm{ID}=\sqrt{{\mathrm{IDL}}^2+{\mathrm{IDC}}^2}...\left(\mathrm{II}\right)$

$\mathrm{IDL}=\frac{\mathrm{Log}\frac{L_1}{L_2}}{\mathrm{Log}2},...\left(\mathrm{III}\right)$

$\mathrm{IDC}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{U}^2+\mathrm{\Δ}{V}^2}{0.027}}...\left(\mathrm{IV}\right)$

式中：IDL为亮度指标；L₁和L₂为目标颜色和背景颜色的亮度值，单位为坎特拉每平方米(cd/m²)；IDC：色度差指标；ΔU和ΔV：目标颜色和背景颜色在1960CIE(国际照明委员会1960年规定的均匀色度空间)颜色坐标曲线上的差值。

依据此原理，目标颜色和背景颜色的亮度值分别为L₁和L₂，将目标颜色和背景颜色的颜色坐标求差可以得到ΔU和ΔV(步骤326)，把它们带入公式(III)和(IV)，可以得到IDL和IDC(步骤327)，最后使用公式(II)就可以得出颜色分辨指数(ID)(步骤328)。将计算得到的颜色分辨指数与民用飞机电子显示系统通用规范》(HB6556-91)中5.6.1的规定进行比较(步骤329)，就可以得出测评结果。

如图7所示，驾驶舱光环境模拟仿真系统结构包括遮光罩(401)、调光开关(402)、飞行模拟器(403-405)、环境光模拟设备(406-408)、太阳光模拟设备(409-410)和空调系统(411)。遮光罩(401)用于隔绝外界光线、气体环境对系统光线和温度环境仿真的干扰，并为内部系统提供支承和安装位置。调光开关(402)用于控制两套光模拟设备的开关和亮度控制。飞行模拟器由座椅(403)、下视显示器(404)、视景显示器(405)及附属的服务控制台组成，能够真实模拟飞机的全包线飞行过程，并根据测试需要提供测试用的座舱仪表显示界面。环境光模拟设备由位于视景显示器两侧(406a、406b)、后部(407)和顶部(408)的灯组组成，每个灯组里面都分别布置有三根LED日光灯管，每根LED日光灯管都可以通过调光开关(402)单独控制，可以做到亮度在飞行常见条件下遇到的范围内可调，用于模拟真实飞行状况下可能遇到的天空散射光环境。太阳光模拟设备由位于显示器顶部中央的射灯组(409)和显示器前方两侧射灯组(410a、410b)组成，射灯光源采用与太阳光色温相同(6500K)的白炽灯，安装在可调节位置和投射方向的基座上，可通过调光开关(402)对每一组独立控制亮度，用于模拟真实飞行状况下可能遇到的太阳光环境。空调系统(411)用于提供测试用的标准空气环境，并将座舱室内各系统产生的热量散出。

Claims (5)

1.一种驾驶舱光环境仿真测评系统，其特征在于包括

驾驶舱模拟仿真系统（1），用于模拟驾驶舱的飞行环境；

驾驶舱光环境模拟仿真系统（2），用于将驾驶舱环境调节为预定的标准测试光环境；

驾驶舱信息显示界面测评系统（3），用于对该环境下的显示界面的视觉工效进行测评。

2.根据权利要求1的驾驶舱光环境仿真测评系统，其特征在于驾驶舱信息显示界面测评系统（3）进一步包括：

信息显示界面对比率测评系统模块（301），用于得出信息显示界面对比率测评结果

信息显示界面可读性测评系统模块（302），用于得出信息显示界面可读性测评结果。

3.根据权利要求2的驾驶舱光环境仿真测评系统，其特征在于信息显示界面对比率测评系统模块（301）

在调节驾驶舱光环境模拟仿真系统使驾驶舱光环境达到预定标准后，打开飞行模拟器并显示预定的实验界面，

然后用亮度计测量三次显示器界面中白色图形和数字图像的亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为白色图形和数字图像的亮度值，

用亮度计测量三次显示器界面的背景区亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为背景区亮度值，

得出该环境下的显示界面对比率，

将显示界面对比率与该测评指标数据进行比较，从而得出测评结果。

4.根据权利要求2的驾驶舱光环境仿真测评系统，其特征在于信息显示界面可读性测评系统模块（302）

在调节驾驶舱光环境模拟仿真系统使驾驶舱光环境达到预定标准后，打开飞行模拟器并显示预定的实验界面，

用亮度计和光谱辐射计测量目标颜色的亮度值和颜色坐标，

计算目标颜色的亮度值和颜色坐标的平均值并记为目标颜色的亮度值和颜色坐标，

测量背景颜色的亮度值和颜色坐标，

计算背景颜色的亮度值和颜色坐标的平均值并记为背景颜色的亮度值和颜色坐标，

得出颜色分辨指数（ID），

将计算得到的颜色分辨指数与预定规范进行比较，从而得出测评结果。

5.一种驾驶舱光环境仿真测评方法，其特征在于包括：

将模拟驾驶舱的飞行环境设置为预定的标准测试光环境；

用亮度计测量三次显示器界面中白色图形和数字图像的亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为白色图形和数字图像的亮度值，

用亮度计测量三次显示器界面的背景区亮度并记录数据，

计算所测亮度的平均值，记为背景区亮度值，

得出该环境下的显示界面对比率，

将显示界面对比率与该测评指标数据进行比较，从而得出对比率测评结果，

用亮度计和光谱辐射计测量目标颜色的亮度值和颜色坐标，

计算目标颜色的亮度值和颜色坐标的平均值并记为目标颜色的亮度值和颜色坐标，

测量背景颜色的亮度值和颜色坐标，

计算背景颜色的亮度值和颜色坐标的平均值并记为背景颜色的亮度值和颜色坐标，

得出颜色分辨指数，

将计算得到的颜色分辨指数与预定规范进行比较，从而得出可读性测评结果。

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