CN107487449A - 用于飞行器的显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于飞行器的显示系统和方法。一种用于飞行器的驾驶舱的显示系统，包括：显示设备，被配置为固定到飞行器的驾驶舱中用户的头部；用于显示设备的用户的头部的朝向的传感器；以及显示计算机，被配置为：‑控制在显示设备上与飞行器的飞行相关的信息的显示，‑获取关于用户头部的朝向的信息；‑确定对应于关于用户头部的朝向的信息的方向与飞行器的纵向轴线之间的角度偏移值；‑根据所述角度偏移值的函数来评估至少一个条件；以及‑根据以下控制显示设备上的显示：第一显示模式，当所述条件通过验证时，这第一显示模式对应于包括以一致的方式显示的至少一个飞行器驾驶辅助标志的显示；以及另一个显示模式，当所述条件未通过验证时。

Description

用于飞行器的显示系统和方法

技术领域

本发明涉及在飞行器驾驶舱中驾驶辅助信息的显示。

背景技术

现代飞行器，尤其是运输飞行器，一般包括用于在其驾驶舱中显示驾驶辅助信息的系统。这种类型的系统，例如CDS(控制和显示系统)类型的系统，控制信息在驾驶舱中屏幕(称为下视屏幕)上的显示：为了查看这种信息，用户(一般是飞行器的飞行员或副驾驶员)必须低头来看屏幕。因此，他们不能同时通过驾驶舱的挡风玻璃看到飞行器的环境。为了使用户能够在监视飞行器的环境的同时看到这种信息，一些飞行器现在配备了平视显示器(HUD)设备。HUD设备包括部署在飞行器的挡风玻璃与对应于当飞行员或副驾驶员位于驾驶舱内驾驶飞行器时飞行员或副驾驶员的头部位置的位置之间的投影仪和半反射窗(称为“组合器”)。投影仪将信息投影到半反射窗上，因此用户可以通过挡风玻璃查看叠加在飞行器的环境上的信息。一些信息可以以一致的方式显示。在说明书的其余部分中，表述“以一致的方式”是指信息或标志以这样一种方式在显示器或透明屏幕上显示，使得这种信息或这种标志可以被用户看到在与信息或标志的含义一致的位置叠加在飞行器的外部环境上。例如，当以一致的方式显示时，表示跑道的标志被显示叠加在用户可以通过飞行器的挡风玻璃看到的实际跑道的位置上。这种HUD设备一般成本高。而且，将其安装在飞行器中会是复杂且昂贵的，尤其是如果在飞行器设计期间没有计划这种安装的话。而且，HUD设备对于用户来说是不可见的，或者仅仅是部分可见的，如果用户被要求转过头来监视飞行器的显示环境：那么HUD上显示的信息对于用户来说是不可见的，或者仅仅是部分可见的。

本发明的发明人已经设想了对这些问题的解决方案，其可以在于使用被配置成固定到飞行器的驾驶舱中的用户(尤其是飞行员)的头部的显示设备。这种设备通常被称为HMD(头部安装式显示器)。它有时候也被称为HWD(头戴式显示器)。它一般包括安装在护目镜或头盔上并紧固到护目镜或头盔上的显示器，使得当佩戴护目镜或头盔时，用户可以看到在显示器上显示的信息。在说明书的其余部分中，术语HMD等同于HMD设备和HWD设备。包括头盔的HMD设备例如在军用飞行器中用于辅助目标射击的操作。包括护目镜的HMD设备例如用于增强现实中的显示器。显示器优选地是透明的，使得用户可以观看叠加在环境上显示的增强现实信息。只有当HMD设备上的信息的显示根据用户头部的朝向被适当地控制时，这种解决方案才是可接受的。因此，例如，因为在这种情况下存在一些信息不能以与用户看到的飞行器的外部环境一致的方式显示的风险，所以信息不能在不管飞行员头部朝向的情况下以相同的方式在HMD设备上显示。尤其是对于要以与环境一致的方式显示的信息，情况就是这样。另一方面，当用户转动头部时(以与在HUD上显示的信息相同的方式)，以看起来以固定的方式在驾驶舱中显示这样一种方式来显示这种信息将不会有好处：实际上，在这种情况下，用户将面临与HUD设备相同的问题，即，如果用户被要求转过头来监视飞行器的侧向环境，那么信息对于用户来说是不可见的，或者仅仅是部分可见的。

发明内容

本发明的一个特定目标是提供对以上问题的解决方案。本发明涉及：

-显示设备，被配置为固定到飞行器的驾驶舱中用户的头部；

-用于显示设备的用户的头部的朝向的传感器；以及

-显示计算机，被配置为控制在显示设备上与飞行器的飞行相关的信息的显示。

该系统是出色的，因为显示计算机被配置为：

-获取关于由传感器提供的用户头部的朝向的信息；

-确定一方面对应于关于用户头部的朝向的所述信息的方向与另一方面飞行器的纵向轴线之间的至少一个角度偏移值；

-至少根据所述角度偏移值来评估至少一个条件；以及

-根据以下来控制显示设备上的显示：

·第一显示模式，当所述条件通过验证时，这第一显示模式对应于包括以一致的方式显示的至少一个飞行器驾驶辅助标志的显示；以及

·另一个显示模式，当所述条件未通过验证时。

因此，显示系统根据对应于用户头部的朝向的信息的方向与飞行器的纵向轴线之间角度偏移的值来修改(adapt)显示信息的模式。这使得有可能依赖于用户头部的朝向以适当的方式为用户显示信息，尤其是在涉及以第一显示模式以一致的方式显示至少一个标志的情况下。

至少一个驾驶辅助标志有利地选自以下标志：

-飞行器速度矢量标志；以及

-飞行器参考标志。

第一显示模式有利地对应于类似于HUD的显示的显示。

在第一实施例中，角度偏移值包括侧向角度偏移，并且所述条件包括至少一个第一基本条件，当侧向角度偏移在预定负侧向角度偏移阈值和预定正侧向角度偏移阈值之间(包括预定负侧向角度偏移阈值和预定正侧向角度偏移阈值)时，该第一基本条件通过验证。特别地，所述条件还包括第二基本条件，当在一方面对应于用户头部的朝向的方向与另一方面飞行器速度矢量之间的第二侧向角度偏移的值在第二负预定侧向角度偏移阈值和第二正预定侧向角度偏移阈值之间(包括第二负预定侧向角度偏移阈值和第二正预定侧向角度偏移阈值)时，该第二基本条件通过验证。

另一种显示模式有利地对应于第二显示模式，其中至少一个飞行器驾驶辅助标志以不一致的方式显示。特别地，这至少一个标志是飞行器速度矢量标志，并且显示还包括表示地平线的标志，飞行器速度矢量标志和表示地平线的标志相对于彼此显示，以便指示飞行器的爬升运动或下降运动。

这至少一个飞行器驾驶辅助标志有利地也在以用户可以朝其定向其头部以获得至少一个标志在第一显示模式下的一致显示的方向为特征的位置处显示。

特别地，在第二显示模式下，显示还包括表示与至少一个标志相关联地示出的飞行器的翻转的标志。

特别地，在第二显示模式下，显示还包括，相对于对应于第一显示模式的显示，减少数量的信息项。

在第二实施例中，角度偏移值包括垂直角度偏移，并且所述条件包括至少一个基本条件，当垂直角度偏移在预定负垂直角度偏移阈值和预定正垂直角度偏移阈值(包括预定负垂直角度偏移阈值和预定正垂直角度偏移阈值)之间时，该基本条件通过验证。特别地，其它显示模式对应于第三显示模式，其中对应于第一显示模式的显示被至少部分地遮蔽。

在一个特定的实施例中，在第一显示模式下，显示包括姿态标尺(attitudescale)的至少一部分并且，如果必要，这个姿态标尺根据用户头部的朝向侧向扩展，以便能够显示姿态标尺的所述至少一部分。

在另一个特定的实施例中，在第一显示模式下，显示还包括速度标尺和/或高度标尺，并且显示计算机控制显示设备上的显示，使得速度标尺和/或高度标尺在与飞行器关联的参照系中垂直显示。

本发明还涉及一种在飞行器的驾驶舱中显示的方法，飞行器包括显示系统，包括：

-显示设备，被配置为固定到飞行器的驾驶舱中用户的头部；

-用于显示设备的用户的头部的朝向的传感器；以及

-显示计算机，被配置为控制在显示设备上与飞行器的飞行相关的信息的显示。

该方法是出色的，因为它包括由显示计算机执行的以下步骤：

-获取关于由传感器供给的用户头部的朝向的信息；

-确定一方面对应于关于用户头部的朝向的所述信息的方向与另一方面飞行器的纵向轴线之间的至少一个角度偏移值；

-至少根据所述角度偏移值来评估至少一个条件；以及

-根据以下控制显示设备上的显示：

·第一显示模式，当所述条件通过验证时，这第一显示模式对应于包括以一致的方式显示的至少一个飞行器驾驶辅助标志的显示；以及

·另一个显示模式，当所述条件未通过验证时。

本发明还涉及包括如上面所提到的显示系统的飞行器。

附图说明

通过阅读以下描述和检查附图，将更好地理解本发明。

图1是包括驾驶舱的飞行器的简化表示。

图2是示出符合本发明一个实施例的、用于飞行器的驾驶舱的显示系统的图。

图3a、3b和3c分别从上方、从侧面和从后面示出了显示系统的用户头部的朝向。

图4a、5a、6a、7a、8a、9a和10a示出了在符合本发明实施例的HMD设备上的显示的示例。

图4b、5b、6b、7b、8b、9b和10b示出了分别对应于图4a、5a、6a、7a、8a、9a和10a的显示的HMD设备的用户头部的朝向。

图7c、7d和7e示出了与图7a中所示的显示相似的显示的示例。

图11示出了与对应于符合本发明实施例的、根据HMD设备的用户头部的朝向的不同显示模式的飞行器区的纵向轴线垂直的垂直平面。

图12从上方示出符合本发明一个实施例的、对应于根据HMD设备的用户头部的朝向的不同显示模式。

图13从侧面示出符合本发明一个实施例的、对应于根据HMD设备的用户头部的朝向的不同显示模式。

具体实施方式

图1中所示的飞行器1包括在所述飞行器的前部的驾驶舱3。它包括对应于飞行器的翻滚轴线的纵向轴线5。当飞行器停放在地面上时，这个纵向轴线基本是水平的。飞行器还具有当飞行器停放在地面上时基本垂直的偏航轴线(未示出)。按照惯例，在描述的其余部分中，术语“水平”表示当飞行器停放在地面上时基本上水平的线或平面，使得这条线或这个平面与飞行器的偏航轴线垂直。类似地，术语“垂直”表示当飞行器停放在地面上时基本上垂直的线或平面，使得这条线或这个平面平行于(或包含)飞行器的偏航轴线。

图2中所示的显示系统10包括显示计算机18，显示计算机18包括处理器(PROC)。这个处理器可以显著地由显示计算机的处理器或微处理器组成。根据各种实施例，显示计算机18是控制飞行器的多个显示设备的公共显示计算机或者专用于显示系统10的计算机。在一个特定的实施例中，这个计算机由除了显示功能还支持其它功能的IMA(集成模块化航空电子)计算机组成。显示系统10还包括被配置为固定到飞行器驾驶舱中用户的头部的显示设备20。这个显示设备由如上所述的HMD(或HWD)设备组成。它通过链路19连接到显示计算机18。显示系统10还包括显示设备的用户(尤其是飞行器的飞行员)头部的朝向的传感器16。这个传感器16的输出经由链路17连接到显示计算机18。在一个特定的实施例中，如虚线箭头21象征性地表示的，传感器16固定在显示设备20。例如，它由集成到显示设备20中的惯性传感器的集合组成。在另一个特定的实施例中，传感器16固定在飞行器的驾驶舱3中。例如，它由被布置成自动监视显示设备20的用户的头部的视频摄像机组成。显示计算机18连接到飞行器的至少一个航空电子计算机12。在图2所示的特定示例中，显示计算机经由通信网络(Net)14的链路15连接到这些航空电子计算机，多个航空电子计算机12也连接到该通信网络。航空电子计算机12例如位于飞行器的航空电子舱2中。

在操作中，显示计算机18被配置为控制与飞行器的飞行相关的信息在显示设备20上的显示。与飞行器的飞行相关的这种信息或者来自至少一个航空电子计算机12，或者由显示计算机18根据从至少一个航空电子计算机12接收的信息来确定。传感器16在其输出端经链路17供给关于用户头部的朝向的信息。这个信息由显示计算机18接收和获取。

在一个有利的实施例中，如图3a、3b和3c所示，关于用户头部的朝向的信息对应于角度集合中的至少一个角度。在那些图中，用户的头部50的朝向由线52表示。在一个实施例中，这条线52对应于用户在向前看时没有将他们的眼睛转向右或者转向左并且没有向上或向下看的理论方向。不过，在不背离本发明的范围的情况下，用户头部的朝向的其它定义是可能的。在所述有利的实施例中，关于用户头部的朝向的信息由以下角度中的至少一个组成：分别在图3a、3b和3c中示出的偏航角ψ、俯仰角θ和滚转角这些角度在绑定到飞行器的参照系中定义。因而，偏航角ψ是在与飞行器的纵向轴线5平行的线5'与表示用户头部的朝向的线52之间的水平平面中投影(in projection)定义的角度。俯仰角θ是在与飞行器的纵向轴线5平行的线5”与表示用户头部的朝向的线52之间的平行于飞行器的纵向轴线5的垂直平面中投影定义的角度。就其本身而言，滚转角是在垂直线56与用户头部的偏转轴线54之间的与飞行器的纵向轴线5垂直的垂直平面内投影定义的角度。

由显示计算机18获取的用户头部的朝向的信息对应于角度ψ、θ和中的至少一个。根据关于用户头部的朝向的信息，显示计算机18确定一方面对应于关于用户头部的朝向的所述信息的方向与另一方面飞行器的纵向轴线之间的至少一个角度偏移值。显示计算机18根据至少所述角度偏移值来评估至少一个条件，并且根据以下控制显示设备20上的显示：

·当条件通过验证时是第一显示模式，这第一显示模式对应于包括以一致的方式显示的至少一个飞行器驾驶辅助标志的显示；以及

·当条件未通过验证时是另一个显示模式。

这至少一个飞行器驾驶辅助标志有利地选自包括如下的组：

-飞行器速度矢量标志；以及

-飞行器参考标志。

图4a示出了显示设备20的显示单元8上的显示的一个示例，其包括以一致的方式显示的这两个标志。飞行器参考标志38对应于飞行器的纵向轴线5。图4b从上方示出了在包括挡风玻璃4的飞行器的驾驶舱中对应于图4a中所示的显示的用户头部的朝向。在这个示例中，在水平面中的投影中，表示用户头部50的朝向的线52与飞行器的纵向轴线5平行。在这种情况下，如图4a中所示，从侧向(或水平)视点，飞行器参考标志38以一致的方式在显示器8上在显示的中心显示。标志38的垂直位置尤其依赖于飞行器的俯仰角的值。在这个显示示例中，在水平面中的投影中，飞行器的速度矢量41与飞行器的纵向轴线5和表示用户头部50的朝向的线52平行。因此，飞行器速度矢量标志40也侧向(横向)(laterally)居中。在所示的示例中，除了以一致的方式显示的标志38和40，显示单元8上的显示还包括飞行器的高度标尺32、速度标尺30和滚转标尺34。这各种标尺以不一致的方式显示在显示单元8上。它们显示在显示单元8上的相应位置，与用户头部的偏航角和俯仰角无关。显示单元8上的显示还包括以一致的方式显示的飞行器姿态标尺36：其在显示单元8上的位置依赖于用户头部的俯仰角。

在另一个示例中，如图5a和5b所示，速度矢量41不再与飞行器的纵向轴线5和表示用户头部50的朝向的线52平行。这个速度矢量41朝向飞行器的前方和左侧。因此，速度矢量标志40以一致的方式在速度标尺30附近在朝左侧(与图4a相比)偏移的位置处显示。

在另一个示例中，如图6a和6b所示，速度矢量41也朝着飞行器的前方和左侧定向。但是，与上述示例不同，用户的头部也朝着飞行器的前方和左侧定向，使得表示用户头部的朝向的线52与速度矢量41平行。因此，速度矢量标志40以一致的方式显示，在显示单元8上侧向居中。在这个示例中，认为飞行器速度矢量和用户头部的朝向被定向得朝飞行器的左侧太远，以至于不能使飞行器参考标志38以一致的方式在显示单元8上显示：实际上，为了以一致的方式显示，标志38应当被放在显示单元8外面、在其右侧的位置。因此，标志38不显示在显示单元上。而且，并且有利地，姿态标尺36侧向(或水平)扩展，以便使得能够在显示单元8上显示所述姿态标尺的一部分。事实上，姿态标尺通常包括在飞行器参考标志38的相应相反侧显示的左手侧部分和右手侧部分，如图4a和5a的示例中所示。在图6a的示例中，通常位于标志38右侧的右手侧部分不显示，因为这个标志38不能被显示。在没有标尺36扩展的情况下，也不可能显示左手部分：其位置将或者在显示单元8的右侧或者叠加在高度标尺32上，出于可读性的原因，这将阻止其显示。在这里，标尺36的侧向扩展使得能够在高度标尺32的左侧显示其左手部分。因此，用户可以看到飞行器速度矢量标志40相对于姿态标尺的刻度的位置，这使他们能够推断出飞行器的倾斜(或坡度)。

图4a、5a和6a中表示的示例对应于第一显示模式，其中在显示单元8上以一致的方式显示至少一个飞行器驾驶辅助标志(或者是飞行器参考标志38或者是速度矢量标志40)。显示单元8上的显示对应于叠加在用户可以通过透明显示单元8和飞行器的挡风玻璃看到的飞行器的环境上的增强现实显示。如前所述，为了确定是应当选择这第一显示模式还是另一个显示模式，显示计算机18确定一方面对应于关于用户头部的朝向的信息的方向与另一方面飞行器的纵向轴线之间的至少一个角度偏移值。在第一实施例中，显示计算机18确定侧向(lateral)角度偏移。在这里，术语“侧向角度偏移”表示在水平面中的投影中考虑的角度偏移。例如，在图5b和6b中从上方示出并且因此对应于水平面中的投影，侧向角度偏移对应于飞行器的纵向轴线5与线52之间的角度。这个侧向角度偏移随着用户头部50的偏航角ψ而变化。偏航角的变化，以及因此角度偏移的变化，引起在显示单元8上以一致的方式显示的标志38和/或40的侧向移位，由此使用术语“侧向”(lateral)来表示这种角度偏移。为了确定其必须选择的显示模式，显示计算机18根据侧向角度偏移的值来评估至少一个条件。这种条件包括至少一个第一基本条件，当侧向角度偏移在预定负侧向角度偏移阈值和预定正侧向角度偏移阈值之间时，该条件通过验证。在图12所示的表示位于飞行器驾驶舱中的用户头部50前方的空间58的示例中，线5'与飞行器的纵向轴线5平行。两条线5'a和5'b中的每一条线与线5'成绝对值Δ1的角，示出了预定的正和负侧向角度偏移阈值。在这个特定的示例中，这两个阈值具有相等的绝对值。因此，当对应于用户头部的朝向的线52(图12中未示出)位于两条线5'a和5'b之间时，第一基本条件通过验证。选择角度Δ1的值，使得，当侧向角度偏移的绝对值小于或等于Δ1时，飞行器参考标志38可以以一致的方式显示在显示单元8上，尤其是在显示单元的左右边缘之间。由显示计算机18评估的条件有利地包括第二基本条件，当速度矢量41与线52(对应于用户头部的朝向)之间的第二侧向角度偏移在第二预定负侧向角度偏移阈值和第二预定正侧向角度偏移阈值之间时，该条件通过验证。在图12中，两条线41a和41b中的每一条与速度矢量41成绝对值Δ2的角，示出了预定的第二正和负侧向角度偏移阈值。在这个特定的示例中，这两个阈值具有相同的绝对值。因此，当对应于用户头部的朝向的线52位于两条线41a和41b之间时，第二基本条件通过验证。选择角度Δ2的值，使得，当第二侧向角度偏移的绝对值小于或等于Δ2时，速度矢量标志40可以以一致的方式显示在显示单元8上，尤其是在速度标尺30和高度标尺32之间。在图12中所示的示例中，当对应于用户头部的朝向的线52位于两条线41a和5a之间时，第一和第二基本条件中的至少一个通过验证。于是，由显示计算机18评估的条件通过验证，并且显示计算机根据第一显示模式控制显示设备20上的显示。当线52位于线41a和5'a之外时，在阴影区域53a和53b中的一个当中，两个基本条件都未通过验证。于是，由显示计算机18评估的条件未通过验证，显示计算机根据第二显示模式控制显示设备20上的显示。因此，由显示计算机18评估的条件等同于应用到第一基本条件和第二基本条件的逻辑“或”运算。因此，只要飞行器参考标志38和/或速度矢量标志40能够在显示单元8上以一致的方式显示，这个条件就可以通过验证。而且，当该条件未通过验证时，时间延迟有利地被初始化，并且，如果该条件在整个时间延迟内都未通过验证，那么只在所述时间延迟结束时显示计算机才激活第二显示模式。这使得有可能在用户被要求短暂地转动其头部以查看驾驶舱的一侧、然后再将其头部返回到最初朝向时避免从第一显示模式到第二显示模式，然后再返回到第一显示模式的不合时宜的改变。当湍流引起用户头部的短暂移动时，这也是有利的。时间延迟的值例如在1到2秒的范围内选择。当条件再次通过验证时立即从第二显示模式变到第一显示模式是有利的，这使得用户能够立即访问至少一个标志的一致显示。特别地，例如，尤其是使用交叉淡入淡出技术，从第一显示模式到第二显示模式的改变(反之亦然)在预定的持续时间上逐渐地执行。

图7a和7b示出了根据第二显示模式的显示的示例。如图7b所示，速度矢量41与飞行器的纵向轴线5平行。用户的头部50朝着飞行器的前方和左侧定向，使得线52与飞行器的纵向轴线(并且与速度矢量41)处于具有大于Δ1和Δ2的绝对值的角度。因此，由显示计算机18评估的条件未通过验证，并且因此显示计算机根据第二显示模式控制显示。图7a中所示的显示单元8上的显示包括以不一致的方式显示的速度矢量标志40a，即，在显示器上相对于通过显示单元8可见的飞行器的外部环境不表示飞行器的速度矢量的朝向的位置。标志40a在圆圈35内示出。显示还包括对应于圆圈35的弦并且表示地平线的标志42a，这个标志也以不一致的方式显示。标志40a和42a有利地以虚线显示，以警告用户它们以不一致的方式显示。显示有利地还包括在标志42a和圆圈35的周界之间并且在标志42a下方的圆圈35的扇区42。这个象征飞行器前方眼界(地平线)(horizon)以下的空间的扇区42被着色，以使用户更意识到情况。飞行器速度矢量标志40a和表示地平线的标志42a相对于彼此显示，从而指示飞行器的爬升运动或下降运动。当标志40a在标志42a下方显示时，这使得用户能够得到飞行器正在下降的通知，并且当标志40a在标志42a上方显示时，这使得用户能够得到飞行器正在爬升的通知。如图7a中所示，表示地平线的标志42a优选地根据飞行器的滚转角度水平方向倾斜。标志42a的这种倾斜使得用户能够意识到飞行器的滚转角。在图7a中所示的一个特定的实施例中，圆圈35包括两条线34a和34b之间的开口部分34o，并且显示包括标记34c。开口部分34o和两条线34a和34b相对于圆圈35的位置依赖于飞行器的滚转角度。选择线34a和34b之间的间距，使得，当飞行器的滚转角度相对于飞行器的飞行域位于可接受的滚转角度的范围内时，标记34c在这两条线之间显示。这使得有可能辅助用户适当地控制飞行器的滚转角。标志40a有利地以不一致的方式在这样位置处显示：该位置显示用户可以朝其定向其头部以获得至少一个标志在第一显示模式下的一致显示的方向的特征：因此标志40a在显示单元8的右手边缘附近显示，以便根据第一显示模式向用户指示他们可以使其头部朝向右以获得速度矢量标志40的一致显示。类似地，当用户的头部朝着飞行器的前方和右侧定向使得由显示计算机18评估的条件未通过验证时，因此显示计算机根据第二显示模式控制显示，并且标志40a在显示单元8的左手边缘附近显示。这向用户指示他们可以使其头部朝向左，以获得速度矢量标志40根据第一显示模式的一致显示。

另一方面，在这第二显示模式下，高度标尺和速度标尺分别由当前高度值的显示32a和当前速度值的显示30a代替。

在第二显示模式下，因此显示与对应于第一显示模式的显示相比包括减少数量的信息项。这有助于促使用户意识到显示对应于这第二显示模式的事实。但是，即使没有信息以一致的方式显示，用户也可以获得对驾驶飞行器所必需的大部分驾驶辅助信息的使用。而且，如果他们认为有必要以一致的方式显示驾驶辅助信息，那么显示指示他们可以在朝哪个方向转动头部以获得根据第一显示模式的一致的显示。

图7c、7d和7e示出了根据这第二显示模式的显示的其它示例。在这些图中，标志42a是水平的，对应于零滚转轴线。于是，标记34c基本上位于线34a和34b之间。在图7c中，速度矢量标志40a位于标志42a之上：因此飞行器在爬升。图7d也对应于飞行器在爬升的情况，其姿态角大于对应于图7c的姿态角，考虑到标志42a在比图7c中其位置低的位置处表示。而且，图7d的显示对应于标志42a的最低位置：事实上，即使飞行器的姿态角持续增加，标志42a也保持在这个位置显示，以便让用户不管怎样都能够看到这个标志。类似地，在图7e中，标志42a在最高位置显示：即使飞行器的姿态角持续减小，标志42a也保持在这个位置显示，以便让用户不管怎样都能够看到这个标志。在这个图7e中，标志40a位于标志42a下面，这对应于飞行器下降的情况。

在第二实施例中，显示计算机18确定垂直角度偏移。在这里，术语“垂直角度偏移”表示在垂直平面中的投影中考虑的角度偏移。例如，在图9b和10b中，如在侧视图中看到的并且因此对应于垂直平面中的投影，垂直角偏移对应于与飞行器的纵向轴线平行的(在垂直平面中的投影中)线5”与线52之间的角度θ。这个垂直角度偏移对应于用户头部50的俯仰角。俯仰角的变化，以及因此角度偏移的变化，引起以第一显示模式在显示单元8上以一致的方式显示的标志38和/或40的垂直移位，由此使用术语“垂直”来表示这个角度偏移。为了确定其必须选择的显示模式，显示计算机18根据垂直角度偏移的值来评估至少一个条件。这种条件包括至少一个基本条件，当垂直角度偏移在预定负垂直角度偏移阈值和预定正垂直角度偏移阈值之间时，该条件通过验证。由图13示出的示例表示在侧视图中并在垂直平面中的投影中位于飞行器驾驶舱中的用户头部50的前方的空间58。与线5”处于相应角度Δ3a和Δ3b的两条线5'v和5'x示出了预定的正和负垂直角度偏移阈值。因而，当对应于用户头部的朝向的线52(图13中未示出)位于两条线5'v和5'x之间时，该基本条件通过验证。优选地选择角度Δ3a和Δ3b的值，使得当线52位于两条线5'v和5'x之间时，显示单元18上的显示是叠加在通过驾驶舱挡风玻璃可见的飞行器的外部环境上的增强现实显示。两条线5'y和5'z有利地与线5”处于角度Δ3c和Δ3d，对应于第二正垂直角度偏移阈值和第二负垂直角度偏移阈值。线5'v和5'y界定在Δ3a和Δ3c之间(包括Δ3a和Δ3c)的、对应于用户头部的俯仰角的空间58的区53c。线5'x和5'z界定在Δ3b和Δ3d之间(包括Δ3b和Δ3d)的、对应于用户头部的俯仰角的空间58的区53d。区53e对应于大于Δ3c的俯仰角，并且区53f对应于小于Δ3d的俯仰角。当用户头部的朝向使得线52位于线5'v和5'x之间(用户头部的俯仰角在预定负垂直角度偏移阈值Δ3b和预定正垂直角度偏移阈值Δ3a之间)时，基本条件通过验证并且显示计算机18根据第一显示模式控制显示。当基本条件未通过验证时，显示计算机18根据第三显示模式控制显示，其中对应于第一显示模式的显示被至少部分地遮蔽。当用户头部的朝向使得线52位于区53c或53d中的一个当中时，这种显示被有利地部分遮蔽，并且当用户头部的朝向使得线52位于区53e或53f中的一个当中时，显示被完全遮蔽。当显示计算机18根据第一显示模式控制显示时，角度Δ3a和Δ3b的值如上所述地进行选择，使得用户可以看到显示被叠加在通过驾驶舱挡风玻璃看到的飞行器的环境上。因此，用户可以看到叠加在所述环境上的、以一致的方式显示的一个或多个标志。当用户头部的俯仰角使得线52位于区53c或53d中的一个当中时，用户可以通过显示设备20的显示单元8看到的环境部分地对应于飞行器的外部环境(通过驾驶舱挡风玻璃)并部分地对应于驾驶舱的内部。例如，在区53c中，用户可以通过显示单元8的上部看到的环境对应于驾驶舱的天花板上的开关面板。在区53d中，用户可以通过显示单元8的下部看到的环境对应于位于挡风玻璃下方的驾驶舱的一部分，例如飞行控制单元(FCU)，以及有可能驾驶舱的下视显示屏幕。在第三显示模式下，显示单元8上的显示被部分地遮蔽，使得仅在显示单元8的一部分中在显示单元8上显示信息，使得这种信息可以被用户看到叠加在飞行器的外部环境上。显示在显示单元的一部分被遮蔽(根据情况，上部或下部)，其中用户通过显示单元的这个部分可以看到的环境对应于驾驶舱的内部。

图9a示出了对应于图9b中所示的用户头部50的朝向的显示单元8上被部分屏蔽的显示。用户头部的俯仰角θ在正垂直角度偏移阈值Δ3a和第二正垂直角度偏移阈值Δ3c之间。因此，用户可以通过显示单元8的上部看到的环境对应于驾驶舱的天花板，尤其是驾驶舱的开关面板。显示被部分地遮蔽，使得在显示器8的上部不显示信息。以不一致的方式显示的信息，尤其是滚转标尺34、高度标度32和速度标尺30，优选地相对于它们在第一显示模式下的相应位置在显示单元8上向下偏移。用户朝驾驶舱的天花板抬头越多(并且因此俯仰角θ越大)，标尺朝显示单元8的底部偏移得越远。当它们的显示可能时，飞行器参考标志38和/或速度矢量标志40以一致的方式显示，如同以第一显示模式一样。

类似地，图10a示出了对应于图10b中所示的用户头部50的朝向的、在显示单元8上的部分遮蔽显示。用户头部的俯仰角θ在负垂直角度偏移阈值Δ3b和第二负垂直角度偏移阈值Δ3d之间。用户通过显示单元8的下部可以看到的环境尤其对应于驾驶舱中的FCU。显示被部分遮蔽，使得在显示单元8的下部不显示信息。以不一致的方式显示的信息，尤其是滚转标尺34、高度标尺32和速度标尺30，优选地相对于它们在第一显示模式下的相应位置在显示单元8上向上偏移。作为其结果，在图10a中所示的示例中不显示滚转标尺34。用户朝驾驶舱的地板低头越多(并且因此俯仰角θ越小)，标尺朝显示单元8的顶部偏移越多。当其显示可能时，飞行器参考标志38和/或速度矢量标志40以一致的方式显示，如同以第一显示模式一样。

有利地选择第二正和负垂直角度偏移阈值Δ3c和Δ3d(分别对应于线5'y和5'z)的值，以便对应于这样的用户头部的俯仰角，从该角度可以通过驾驶舱的挡风玻璃看到的飞行器外部环境不再能通过显示单元8看到。因而，当用户朝驾驶舱的天花板抬头时，只要其头部的俯仰角θ小于Δ3a，用户可以通过显示单元8看到的整个环境就对应于可以通过挡风玻璃看到的飞行器的外部环境，并且显示计算机18根据第一显示模式控制显示。如果用户继续朝驾驶舱的天花板抬头，那么从其头部的俯仰角θ变得大于Δ3a的时刻起，虽然仍然小于Δ3c，但可以由用户通过显示单元8看到的环境的上部对应于驾驶舱的天花板并且显示被部分遮蔽，如已经描述的那样。用户抬高头部越多，以不一致的方式显示的信息(尤其是标尺)朝显示单元8的底部偏移越多。如果用户继续朝驾驶舱的天花板抬头，从其头部的俯仰角θ变得大于Δ3c的时刻起，那么用户通过显示单元8可以看到的环境完全对应于飞行器的天花板并且因此显示单元上8的显示完全被遮蔽。类似地，当用户朝驾驶舱的地板低头时，只要其头部的俯仰角θ大于Δ3b，用户通过显示单元8可以看到的整个环境就对应于可以通过挡风玻璃看到的飞行器的外部环境并且显示计算机18根据第一显示模式控制显示。如果用户继续朝驾驶舱的地板低头，从其头部的俯仰角θ变得小于Δ3b的时刻起，那么，虽然仍然大于Δ3d，但是可以由用户通过显示单元8看到的环境的下部对应于FCU并且可能对应于驾驶舱中的下视屏幕并且显示被部分遮蔽。用户低头越多，以不一致的方式显示的信息(尤其是标尺)朝显示单元8的顶部偏移越多。如果用户继续朝驾驶舱的地板低头，从其头部的俯仰角θ变得小于Δ3d的时刻起,那么用户通过显示单元8可以看到的环境完全对应于驾驶舱中的FCU和下视屏幕并且因此显示单元上8的显示完全被遮蔽。

第一实施例和第二实施例可以彼此组合。图11示出了这两个实施例的组合的示例，它是位于飞行器驾驶舱中的用户头部50前方的空间58在与飞行器的纵向轴线垂直的垂直平面中的拼合而成的图。当对应于用户头部50的朝向的线52与其区Z1中的垂直平面相交时，这个区Z1对应于根据第一显示模式的显示。当对应于用户头部50的朝向的线52与分别位于区Z1的左侧和右侧的两个区Z2a或Z2b中的一个中的垂直平面相交时，区Z2a和Z2b对应于根据第二显示模式的显示。这两个区分别对应于已经参考图12描述的区53a和53b。当对应于用户头部50的朝向的线52与分别位于区Z1上方和下方的两个区Z3或Z4中的一个中的垂直平面相交时，区Z3和Z4对应于根据第三显示模式的显示。这两个区分别对应于已经参考图13描述的一方面区域53c和53e以及另一方面53d和53f。如已经参考图9a、10a和13所描述的，区53c和53d以及因此区Z3对应于根据第三显示模式的显示。那种显示基于第一显示模式的显示，但是在显示单元8的上部中至少部分地被遮蔽。两个区Z3a和Z3b分别位于区Z3的左侧和右侧。这两个区Z3a和Z3b分别位于区Z2a和Z2b之上。因此，与后者相同，它们对应于用户头部的偏航角值，对于这个值，线52位于图12中所示的区53a或53b中的一个当中。在这两个区Z3a和Z3b中，显示至少部分地被遮蔽，如在区Z3中一样，但是不是基于第一显示模式，而是基于第二显示模式。类似地，两个区Z4a和Z4b分别位于区Z4的左侧和右侧。这两个区Z4a和Z4b分别位于区Z2a和Z2b之下。因此，与后者相同，它们对应于用户头部的偏航角的值，对于这个值，线52位于图12中所示的区53d或53f中的一个当中。在这两个区Z4a和Z4b中，显示至少部分地被遮蔽，如在区Z4中一样，但是不是基于第一显示模式，而是基于第二显示模式。

图8a和8b示出了一个特定的实施例，其中显示计算机18根据用户头部的滚转角来调整显示单元8上的显示。图8b示出了其中用户的头部50(从后面看)以滚转角向右倾斜的情况。在这种情况下，在第一显示模式下，显示单元8上由显示计算机18控制的显示对应于图8a中所示的显示。在这个显示中，虽然以不一致的方式显示，但是滚转标尺34、高度标尺32和速度标尺30以角度-旋转，以补偿用户头部的倾斜。因而，如用户所看到的，这些标尺看起来在与飞行器关联的参照系中是固定的：例如，高度标尺32和速度标尺30在驾驶舱中以垂直方式永久地显示。这使得用户能够变得意识到他们在相对于驾驶舱倾斜其头部的事实。飞行器参考标志38和速度矢量标志40在它们能够被显示时以一致的方式显示。当显示部分被遮蔽时，这个特定的实施例如在第三显示模式下一样适用于第一显示模式，然后至少部分地显示标尺。

在一个特定的实施例中，在第三显示模式下，显示计算机18在显示器的其中显示被遮蔽的一部分中控制至少一个虚拟(virtual)仪器的显示。如前所述，用户通过显示器的这部分可以看到的环境优选地对应于飞行器驾驶舱的内部部分，例如驾驶舱的天花板或位于挡风玻璃下方的驾驶舱的一部分。根据一个变体，虚拟仪器例如对应于虚拟按钮或虚拟控制面板上的灯，其可以被看到叠加在驾驶舱的天花板上。根据另一个、可以与前一个变体组合的变体，虚拟仪器例如对应于虚拟下视屏幕，其可以被看到叠加在位于挡风玻璃下方的驾驶舱的一部分上。

在一个特定的实施例中，飞行器的驾驶舱包括用于调节用户在驾驶舱中的位置的设备。这个设备例如对应于位于挡风玻璃附近的通常的一组三个球。当用户头部的朝向使得线52与设备周围用于调节用户的位置的区相交长于预定持续时间的时间延迟时，显示计算机控制显示单元8上对应于该设备的标志的显示，用于调节用户的位置。例如，使预定时间延迟的值等于两秒。设备周围用于调节用户位置的区例如在与飞行器的纵向轴线垂直的垂直平面中定义。例如，它由用于用户头部的偏航角余量和俯仰角余量定义。这些余量足以使显示计算机18能够考虑用户的头部不是完美移动的事实检测用户正在查看设备用以调节用户位置的事实。不过，这些余量足够小，以便能够避免不合时宜的检测，因为即使在观察飞行器的外部环境的同时，用户也在查看设备用以调整用户位置。对应于用户位置调节设备的标志在显示单元8上的显示使得用户能够确认由显示计算机18计算出的所述标志的位置是否确实叠加在可以通过显示器看到的用于调节用户的位置的实际设备上。如果是这种情况，那么用户知道显示系统正确对准并且他们能够信任显示在显示单元上的信息的位置(尤其是以一致的方式显示的标志的位置)。另一方面，如果由显示计算机18计算的所述标志的位置没有被正确地叠加通过显示单元可见的用于调节用户的位置的实际设备上，那么用户知道他们不能使用显示系统。然后必须在飞行器维护操作期间重新初始化显示系统的对准。为了着陆在机场的跑道上，以上所述的显示系统对准方式的验证尤其可以在进场过程中所述系统的任何使用之前执行。

在一个有利的实施例中，显示系统还包括用户头部的位置的传感器。根据第一变体，这个位置传感器与用户头部的朝向的传感器16无关。根据第二变体，这个位置传感器被集成到用户头部的朝向的传感器16中。然后，显示计算机被配置为获取由这个位置传感器供给的信息，并且根据用户头部的朝向和用户头部的位置来确定角度偏移值。当用户在飞行器驾驶舱中的位置使得其头部的位置不对应于理论位置时，这个实施例是特别令人感兴趣的。这就导致了一方面区53c、53e、53d和53f与另一方面根据其头部的实际位置可以由用户看到的环境之间的更好匹配。

上述显示系统10同样可以由单目系统或双目系统组成。在单目系统的情况下，显示设备20仅包括一个显示单元8。在双目系统的情况下，显示设备20包括两个显示单元8，每个显示单元专用于用户的一只眼睛。

Claims (12)

1.一种用于飞行器(1)的驾驶舱(3)的显示系统(10)，包括：

-显示设备(20)，被配置为固定到飞行器的驾驶舱中用户的头部；

-用于显示设备的用户的头部(50)的朝向的传感器(16)；以及

-显示计算机(18)，被配置为控制在显示设备(20)上与飞行器的飞行相关的信息的显示，

其中显示计算机被配置为：

-获取关于由传感器提供的用户头部的朝向的信息；

-确定一方面对应于关于用户头部的朝向的所述信息的方向(52)与另一方面飞行器的纵向轴线(5)之间的至少一个角度偏移值；

-至少根据所述角度偏移值来评估至少一个条件；以及

-根据以下来控制显示设备上的显示：

·第一显示模式，当所述条件通过验证时，该第一显示模式对应于包括以一致的方式显示的至少一个飞行器驾驶辅助标志(38，40)的显示；以及

·另一个显示模式，当所述条件未通过验证时，

其中：

-角度偏移值包括侧向角度偏移，并且所述条件包括至少一个第一基本条件，当侧向角度偏移在预定负侧向角度偏移阈值(-Δ1)和预定正侧向角度偏移阈值(Δ1)之间时，该第一基本条件通过验证，其中所述在预定负侧向角度偏移阈值(-Δ1)和预定正侧向角度偏移阈值(Δ1)之间是包括预定负侧向角度偏移阈值和预定正侧向角度偏移阈值的；以及

-当第一基本条件未通过验证时，另一个显示模式对应于第二显示模式，其中所述至少一个飞行器驾驶辅助标志(40a)以不一致的方式显示。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个驾驶辅助标志选自以下标志：

-飞行器速度矢量标志(40)；以及

-飞行器参考标志(38)。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述条件还包括第二基本条件，当一方面对应于用户头部的朝向的方向(52)与另一方面飞行器速度矢量(41)之间的第二侧向角度偏移的值在第二预定负侧向角度偏移阈值(-Δ2)和第二预定正侧向角度偏移阈值(Δ2)之间时，该第二基本条件通过验证，其中所述在第二预定负侧向角度偏移阈值(-Δ2)和第二预定正侧向角度偏移阈值(Δ2)之间是包括第二预定负侧向角度偏移阈值和第二预定正侧向角度偏移阈值的。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个标志是飞行器速度矢量标志(40a)，并且所述显示还包括表示地平线的标志(42a)，飞行器速度矢量标志和表示地平线的标志相对于彼此显示的以便指示飞行器的爬升运动或下降运动。

5.如权利要求1或4中任一项所述的系统，其中当所述至少一个飞行器驾驶辅助标志(40a)以不一致的方式显示时，所述至少一个飞行器驾驶辅助标志(40a)在以用户能够将头部向其朝向以获得所述至少一个标志(40)在第一显示模式下的一致显示的方向为特征的位置处显示。

6.如权利要求1、4或5中任一项所述的系统，其中，在第二显示模式下，显示还包括表示与所述至少一个标志(40a)相关联地示出的飞行器的滚转的标志(42a，34a，34b)。

7.如权利要求1或4至6中任一项所述的系统，其中，在第二显示模式下，显示还包括，相对于对应于第一显示模式的显示，减少数量的信息项。

8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中角度偏移值包括垂直角度偏移，并且所述条件包括至少一个基本条件，当垂直角度偏移在预定负垂直角度偏移阈值(Δ3b)和预定正垂直角度偏移阈值(Δ3a)之间时，该基本条件通过验证，其中所述在预定负垂直角度偏移阈值(Δ3b)和预定正垂直角度偏移阈值(Δ3a)之间是包括预定负垂直角度偏移阈值和预定正垂直角度偏移阈值的；以及

当这个基本条件未通过验证时，另一个显示模式对应于第三显示模式，其中对应于第一显示模式的显示至少部分地被遮蔽。

9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，在第一显示模式下，显示包括姿态标尺(36)的至少一部分，并且如果必要，这个姿态标尺根据用户头部的朝向侧向地扩展，以便能够显示姿态标尺的所述至少一部分。

10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，在第一显示模式下，所述显示还包括速度标尺(30)和/或高度标尺(32)，并且显示计算机控制显示设备上的显示，使得速度标尺和/或高度标尺在与飞行器关联的参照系中垂直显示。

11.一种在飞行器(1)的驾驶舱(3)中显示的方法，飞行器包括显示系统(10)，包括：

-显示设备(20)，被配置为固定到飞行器的驾驶舱中用户的头部；

-用于显示设备的用户头部的朝向传感器(16)；以及

-显示计算机(18)，被配置为控制在显示设备(20)上与飞行器的飞行相关的信息的显示，

所述方法包括由显示计算机执行的以下步骤：

-获取关于由传感器提供的用户头部的朝向的信息；

-确定一方面对应于关于用户头部的朝向的所述信息的方向(52)与另一方面飞行器的纵向轴线(5)之间的至少一个角度偏移值；

-至少根据所述角度偏移值来评估至少一个条件；以及

-根据以下来控制显示设备上的显示：

·第一显示模式，当所述条件通过验证时，该第一显示模式对应于包括以一致的方式显示以辅助飞行器驾驶的至少一个标志(38，40)的显示；以及

·另一个显示模式，当所述条件未通过验证时，

其中：

-角度偏移值包括侧向角度偏移，并且所述条件包括至少一个第一基本条件，当侧向角度偏移在预定负侧向角度偏移阈值(-Δ1)和预定正侧向角度偏移阈值(Δ1)之间时，该第一基本条件通过验证，其中所述在预定负侧向角度偏移阈值(-Δ1)和预定正侧向角度偏移阈值(Δ1)之间是包括预定负侧向角度偏移阈值和预定正侧向角度偏移阈值的；以及

-当第一基本条件未通过验证时，另一个显示模式对应于第二显示模式，其中所述至少一个飞行器驾驶辅助标志(40a)以不一致的方式显示。

12.一种飞行器(1)，包括如权利要求1至10中任一项所述的显示系统(10)。