航电火控系统-座舱综合显示系统

平视显示器
——PDU
⑤ CRT保护电路 目的：为了避免荧光粉的烧伤。 当书写速率低于某个极限或栅极电压故障时，只要控制辉亮放大器切断 电子束，即可达到保护CRT的作用。
⑥ 背景亮度接收电路
当平显背景亮度随飞行环境改变时，为了使飞行员能够得到相对稳定的 符号亮度/对比度，通过辉亮放大器对CRT栅极电压进行调整，以满足 亮度对比度要求。
平视显示器
——PDU
⑦ 备瞄照明电源
当平显故障时，由驾驶员打开备瞄开关（接通27V电源）经备瞄照明电 源板整流后产生照明灯泡所需要的电源。
在灯泡照明下，平显光学组件中嵌入的环板机构为驾驶员提供应急瞄准
使用的角度参考基准（画面是红色）。
信息显示给飞行员。
④ 简单地说，平显是一种由电信号输入，光信号输出的电光转换装置。实现
这一转换的核心器件是阴极射线管CRT或液晶显示器。 ⑤ 常见平显有两种形式：
一种是显示，仅具有符号显示功能。 一种是具有符号显示和火控计算两种功能的平显/武器瞄准系统（
HUD/WAS）。
平视显示器
⑥ 典型的武器瞄准平显画面：
平视显示器
④ 平显组成图
——原理和组成
输
显
符
ux
入 接
示 处
号 发
uy
口 板
理 机
生 器
uz
CRT
电路
光学组件
115V 400HZ
低压电源 EU
高压电源 PDU
平视显示器
——PDU
1.主要功能
① PDU把电子部件送来的控制CRT电子束偏转和辉亮的电信号放大后，控制 CRT电路形成符号图像信息。
② 光学组件再将图像信息经平面反射改变光路后，由准直物镜将符号图像变 成平行光，在经过一个既能反射又能透射的组合玻璃，将有符号图像迭加 到在无限远处的景物上。
人工亮度调节信号
背景亮度 接收器
uz 亮度调节 ux uy
辉亮放大器 偏转放大器
——PDU
高压电源 CRT
自检测保护 电路
备用瞄准电源
平视显示器
——PDU
3.CRT电路
① CRT组件 它是平显的核心组件，也是综合火控系统人机界面的主要图像源。 组成：平面阴极射线管，偏转线圈，射线管匹配板。 CRT是一种电真空器件，由电子枪，电子束聚焦极板和荧光屏组成。 磁偏转系统是利用磁场使电子束产生偏转。 射线管匹配板：对阴极射线管的更换进行反馈和补偿调整，以保证更换 射线管后不影响平显的显示精度。
它可以放大图像并校正某些系统产生的光学误差。传送的显示图像通过反
射镜以接近90º的角度反射到准直透镜，准直透镜对显示图像进行准直后， 通过合成透镜投射到飞行员的前视视界中。显示信息的虚拟图像出现在飞
行员前方无穷远的距离上并复现在远处的外界景象上，就好像它们是平行
的一样。
④ 准直是平显的基础，具有非常重要的作用。
平视显示器
——基本知识
1.符号
① 平显的符号一般有阿拉伯数字，英语字母和一些专用的图形符号。 ② 按照符号的结构和形成特点可以分为点阵法符号和线段法符号 。 ③ 点阵法符号：符号的结构和书写特征是由点阵组成。 ④ 线段法符号：符号由线段组成。
2.光栅扫描
① 光栅扫描又称电视扫描或辉亮控制法 ，是指电子束在CRT荧光屏上从上到 下一行一行扫描。
⑤ 准直仪是一种具有有限焦距且光源在焦平面上的光学系统。从焦平面上一
点发出的光线经过准直系统之后变为一束平行的光线。
平视显示器
——原理和组成
⑥ 从焦平面的中心点O和另一个点D发出的光线经过准直透镜系统准直后的图 形如图所示：
从图可以看出，观察者在A、B、C三个观察位置沿着平行于光轴的方 向看去都将看到点O，观察点O的视角与眼睛和光轴的偏移量无关。
① 随机扫描是指电子束以随机定位的方式在CRT荧光屏上运动，运动规律受 所书写的符号变量控制。
② 当书写某个符号时，只要控制电子束按一定的书写顺序，同时控制笔划的 亮暗，即可形成该符号的图像。
③ 随机扫描法又称为偏转控制法，特别适用于书写线段符号。 ④ 平显中采用随机扫描（笔画）控制技术
精度 亮度 速度
功率放大器：也称主电流放大器，其功能是能提供最大10A左右的偏转 线圈驱动电流，使CRT电子束偏转到确定位置。
平视显示器
——PDU
反馈网络：分为线性反馈和非线性反馈。 线性反馈：构成一个反相放大电路，提高系统稳定性（偏转放大器的放
大倍数太大）。
非线性反馈：修正由于采用了平面射线管所产生的非线性畸变或称为“ 枕形畸变”。
他导航作战和目标信息。
平视显示器
——概述
3.平视显示器发展
① 光电瞄准具。 ② 平视显示/武器瞄准系统（HUD/WAS）。平视显示器采用阴极射线管作为
信源，具备了丰富的信息显示功能；平视显示器组件与火控任务组件紧密 耦合。HUD/WAS需要火控任务机组件对平视显示器组件进行画面驱动，从 而提高了飞机航电系统的设计复杂度，不符合航空电子综合化设计的要求 。 火控任务机组件与平视显示器组件之间的画面驱动源信号为模拟信号， 实际装机后，由于定位精度的要求，需要这两个组件成套使用，加大了飞 机维护的人工和时间成本，降低了飞机的出勤率。 ③ Smart机制平视显示器 ，具备自主生成画面的能力，作为航电1553B总线 的终端。
平视显示器
——概述
⑤ 几十年来，显示技术经历了机械、光学、光-电-机械和光学-电子等几种技 术的演变。
⑥ 采用显示技术的机载设备也经历了从简到繁，从单一功能到综合用途的发
展过程 。
⑦ 应用
战斗机的显示器； 民航显示器（进场、着陆、飞行）； 其他。
平视显示器
——概述
2.平视显示器
① 平视显示器简称平显HUD（Head Up Display），是综合航电火控系统的关 键设备之一，对于提高驾驶员捕获（搜索、截获）、跟踪、瞄准和发射的 能力，具有十分显著的作用。
② 军用飞机的HUD，根据武器火控系统的工作状态，选择相应的符号，并以 画面的形式向驾驶员提供完整的地面准备、起飞、进场着陆、导航、目标 搜索/识别，跟踪、截获以及武器瞄准、发射等各任务阶段所需的信息，同 时可以显示载机高度、速度、姿态和航向等基本飞行参数。
平视显示器
——概述
③ 平显是一种光电显示装置，应由相关的机载设备向其提供输入信息。例如: 由ADC、INS、PDR、FC（MC）以及与显示相关的控制面板等向平显提供 输入信息，经平显中的计算机对输入信息进行处理和加工，并以一幅幅号
② 普通光学仪的成像图：
物镜
目镜
平视显示器
1.原理
① 平显的基本原理如图：
外界场景
合成透镜
·
· 平显显示
——原理和组成
外景及平面的准直线
放大镜
CRT
·
· 准直透镜 · 反射镜
平视显示器
② 平显成像图：
视轴
——原理和组成
CRT 平显成像图
平视显示器
——原理和组成
③ 飞机的传感器和系统产生的显示信息显示在CRT显示器屏幕上，然后通过 透镜系统将显示的图像传送出去，其中透镜系统起到了传递图像的作用，
平视显示器
⑤ 随机扫描的波形图：
ux
uy tT
uz
tT 为定位时间
——基本知识
t
t 箭头只表示划线方向， 实际画面中不存在
t
平视显示器
——基本知识
4.平行光
① 平显的显示符号以平行光的形式入射到驾驶员的眼睛中，符号如同迭加在 外界无限远处的景物上一样，观察符号的同时，可以观察外界的景物，两 者之间不发生眼睛的交替、调焦，无眼睛疲劳和“视觉中断”效应。
② 显示系统能够向飞行员提供的通用信息（民用/军用）有： 主飞行信息； 导航信息； 发动机数据； 机身数据； 预警信息。
平视显示器
——概述
③ 军用机上，该系统还可以使飞行员得到其他诸多信息：
红外/成像传感器信息； 雷达信息； 战术任务数据； 威胁预警； 武器瞄准信息。 ④ 显示技术（人机交互）发展包括: 平视显示器； 头盔显示器； 多功能彩显； 基于智能系统技术的显示管理。
平视显示器
——PDU
2.组成
① PDU由两部分相互独立的组件构成： CRT电路：包括CRT组件Baidu Nhomakorabea偏转放大器、辉亮放大器、背景亮度接收 电路、CRT电源及保护电路和备用瞄准环照明电源电路。 光学组件： 光学透镜、棱镜、反射镜、备瞄环分光镜、光学组件干燥 装置、组合玻璃。
平视显示器
② PDU组件图：
平视显示器
——原理和组成
2.组成
① 基本原理相似，在具体的硬件实现上可能有所不同。 ② 与平显相关的控制开关/按钮安排在SCP（System Control Panel）、UFCP
（Up Forward Control Panel）上，便于实现系统集中控制。 ③ 平显一般由两个部件组成：
驾驶员显示器（Pilot Display Unit） 电子部件（Electronic Unit）
平视显示器
——PDU
② 偏转放大器
平显电子部件将书写符号所需的水平偏转控制信号，垂直偏转信号和亮 度信号送到PDU，其中水平偏转和垂直偏转控制信号作为偏转放大器 的输入。
典型的偏转放大器结构由前置放大器，功率放大器和反馈网络等电路 组成。
前置放大器：其功能将平显电子部件中数/模转换电路输出的信号放大 到足够高的电压，并具有一定的功率，以便驱动功率放大器。
平视显示器
——PDU
辉亮放大器的输出（亮度调节或消隐），一般由CRT阴极电流大小，根 据亮度调节信号UZ、背景亮度传感器的输出和来自平显控制面板上装定 的亮度对比度信号控制产生。
④ CRT电源电路 为使CRT工作，必须提供6.3V（12V）的灯丝电压， 高压电源模块， -40—100V之间的栅极电压， 500V的第一阳极电压， 3.5-4KV的第二阳极电压 15KV的高压阳极电压。
授课提纲
1 平视显示器 2 多功能显示器 3 头盔显示器
平视显示器
1.显示系统
——概述
平视显示器
1.显示系统
——概述
平视显示器
——概述
① 显示系统是将机载传感器和系统的信息/数据以可视化方式显示给飞行员（ 机组人员），使飞行员能够安全地驾驶飞机完成飞行任务的机载设备，是
飞机必不可少的组成部分。
——概述
平视显示器
——概述
⑦ 平视显示技术的发展主要体现在：
空分制发展到时分制。将传统的座舱（按空间分布）的几十个显示仪 表的显示方式改变为根据驾驶员的需要（按时间需要）而进行集中显示
方式。
用计算机阴极射线管或液晶显示器代替了传统的机电式表头和计算提 前角的陀螺瞄准具。
通过准直光学系统，将驾驶员过去需要低头看的信息显示到平视显示器 中。使之在瞄准攻击的同时，也可以观察到本机状态和姿态参数以及其
同样对于观察点D的视角对A、B、C三个观察位置来说也都是一样的， 即不依赖于眼睛相对于光轴的偏移量。
A
A
B
O ndr
ndr O
B
C
焦平面
C
D
平视显示器
——原理和组成
⑥ 可折射的平显光学系统如图所示： 观察者在A、B、C三个位置观察显示器上的D、O、E三点，从图中可 以看出，从A、B或C点看D、O、 E三点的视角都是一样的。因此准直 后的显示图像只与眼睛的注视角度有关而与眼睛的位置无关。同时由 于从显示图上任一点发出的光线经准直系统折射后都是平行光线，因 此显示看起来就好像在无穷远处。
③ 辉亮放大器
视频放大器。 CRT屏面上所形成的符号是由三种放大器同时控制电子束形成的。 偏转放大器控制电子束在X，Y轴方向的位移，辉亮放大器控制电子束
的 亮 暗 。 由 于 从 平 显 输 出 的 辉 亮 控 制 信 号 比 较 小 ， 一 般 小 于 5V ， 而 CRT的栅极控制特性要求栅极电压应在几十伏到100伏之间，因此辉亮 放大器必须满足这一要求。
准直透镜
E CRT
A O
B
C D
焦平面
平视显示器
——原理和组成
注意：显示的图像必须正确准直。非准直是指从显示图上一给定点出 发的光线经透镜折射后不平行，也就是说，光线可能汇聚、发散，或者
当飞行员眼睛移动的时候，这种异常特性会导致显示图像的“游动”。
有时这种“游动”会使飞行员产生不适，情况严重时甚至将导致晕机。
平视显示器
——基本知识
② 光栅扫描的波形图：
行正程：从左端到右端的扫描时间。
行逆程（回扫）：从右端迅速到下一行左端的扫描时间
帧正程：从左上角扫至右下角的时间。
帧逆程（帧同步）：从右下角迅速返回到左上角时间。
ux
t
行正程 行逆程 uy
帧正程
t
帧逆程
平视显示器
——基本知识
3.随机扫描