座舱显示技术发展现状

OpenGL因其丰富的功能和广泛的平台支持度，成为多功能显示器图形实现方案的最佳选择。但是OpenGL的编码实现通常要求设计人员具有较深的C／C++基础，同时高效的OpenGL程序需要设计人员对其运行机制有深入的了解。OpenGL图形软件工程需要进行复杂的编程和图形设计，开发投入大，周期更长，实现仿真比较困难。因此，一种易于开发的、具有图形化用户界面的、高运行效率的图形软件开发工具应需求而生。

虚拟航空仪表有多种实现方式，用于飞行仿真的商用虚拟航空仪表的生成

工具也很多，如DISTI 公司2000 年5 月推出的GL Studio™[20]。GL Studio™是一个基于平台的快速原型工具，它能与HLA/DIS 仿真应用相连；它生成的

C++和OpenGL™源代码可以单独运行，也可以嵌入其它应用中；它可运行于WindowsNT、IRIX 和Linux 操作系统上。使用GL Studio™设计器不需要编程的知识，GL Studio™代码生成器可把GL Studio™设计器创建的文件生成C++

和OpenGL™源代码。GL Studio™主要生成仪表的方式是贴图式，优点是做出

的虚拟航空仪表比较真实；缺点是开发不够灵活，没有自己的图形编辑器。

美国GMS （Global Majic Software ）研制的航空仪表控件运行于

Windows95 或者NT 环境；可用VB、VC 等语言调用；产生地平仪、高度

表、速度表、罗盘等18 种通用航空仪表，并能对刻度、表盘大小、颜色等进

行编辑，编程简单、易用。缺点是没有画面纹理，真实感差，当需要制作18

种通用航空仪表以外的特种仪表时，就无能为力。

加拿大VPI（Virtual Prototypes）公司的VAPS 是专业的仪表生成工具。VAPS 是一个独立于平台的快速原型工具，用来创建实时的、三维的、照片级的、交互的图形界面。它能与Labview/Sinmulink 仿真应用相连；它生成的C代码和ActiveX 源代码可以单独运行，也可以嵌入其它应用中；它可以运行于WindowsNT、IRIX 和Linux 操作系统上；VAPS 设计器Designer 允许一个图形艺术家迅速而且容易地绘制图形界面，并且能快速地模型化。VAPS 有限状态机逻辑编程器ATN 以规范表格形式编程，使程序过程更加简洁。它在信息交换与模拟方面支持与数学函数间数据交换，支持TCP/IP、UDP/IP 和共享内存通讯协议。它作为一套设计软件，实际上已经成为了航空工业快速建模的标准。VAPS 能够开发动态的、交互的、实时的人机界面的复杂应用，如飞机座舱中的显示及控制、汽车的仪表显示面板及通讯产品的显示屏幕，并自动生成面对对象的源程序，用户通过图形界面的交互和编程就能实现开关、仪表的显示驱动。并已经成功的应用于波音公司F22 战斗机的仿真座舱界面上。

一直以来，座舱显示系统都是各个航空大国以及军事强国战斗机、直升机、运输机研制水平的重要标志之一。显示系统是飞行员驾驶飞机在空中执行巡逻任务或者作战任务的核心部分，它是一个国家飞机制造水平的集中体现，更能与先出飞机作战的能力。座舱显示系统的先进程度尤为重要，在很大程度上决定着飞行员任务完成的情况。飞机给飞行员传递数据信息是必不可少的，而这个传递信息的界面是由两部分组成的，第一部分为座舱显示系统的显示部分，第二部分是这个系统的控制部分。显示系统对飞机而言是一个很重要的界面，飞行员可以从这个界面获得相关数据以及一些至关重要的信息，如气压高度、横滚角度、俯仰角度、GPS定位、空速风速、升降速度等重要的飞行参数。控制系统是指飞行员发出指令或命令的界面，通过飞行员的操作，综合显示系统可以完成不同的显示任务，实现按需显示的功能。

随着现代航空飞行技术不断发展，飞机座舱显示系统在飞机的人机交互中扮演着越来越重要的角色，各种实时的画面信息通过显示系统供飞行员观看，这样可以让飞行员及时的对飞行信息有个全面的掌握并做出相应控制操作。二十世纪中叶之后，随着计算机的发展，航空电子在飞机上的应用越来越为广泛。目前就仪表设备的发展来看，需求越来越完备，显示的信息越来越多以及在准确度和精确度上的要求越来越高，对显示系统的发展提出了更新的要求。为了确保飞行员在任意的飞行状态下都能准确、及时的获取飞行状态信息，高质量、高实时性、高安全性的飞机座舱显示系统的研发已成定势。同时，人工智能和计算机图形学的告诉发展，将飞机显示信息推入的“大图像”时代。采用大屏幕的显示器显示前方和下视战场态势信息，大大增强了驾驶员对战场态势的知晓程度，为飞行员的任务执行提供了很大的便利。嵌入式操作系统--VxWorks是由美国Wind River公司专门为嵌入式微处理器

万方数据2 基于 IData 和 VxWorks 的飞机座舱显示系统

开发的一款高性能、高模块化的实时多任务操作系统，具有很好的安全性、可靠性和系统灵活性，这个系统自身的进程调度、进程间通信、中断处理等程序精炼而有效。同时，该嵌入式系统还具有快速的中断响应，支持大量的网络协议[3]。近年来随着VxWorks开发环境的不断完善，为用户提供了更加友好的开发界面和强大的模拟仿真环境。从而被广泛的应用于航空、航天、通信、军事等高精尖及实时性要求极高的领域[4]。

OpenGL即Open Graphics Libaray。是一个3D图形和模型库，被业界称为图形硬件的软件接口。目前，业界大量高度权威的计算机公司都纷纷利用OpenGL进行三维图形应用程序界面的开发，并将其作为图形标准，使OpenGL应用程序具有高度的可移植性，因此，OpenGL又是新一代的三维图形工业标准[5]。OpenGL不仅是一个图形库，还是一种高性能的图形应用程序界面开发，PC机和目标机代码可以相互兼容，可以直接在PC机上对所绘制的图像进行测试工作，测试成功后将其移植到目标机上，所以相对其他图形开发库而言，可以大幅度提升开发速度。

1.2 国内外现状分析

1.2.1 国内现状分析

上世纪初期，在还没有仪表系统时，飞行员仅靠肉眼观察周围的环境，对周围的事态变化做出判断和操作，所以飞行工作只能在晴朗的白天来完成。后来，简单的机械膜盒式仪表出现并被应用，机械膜盒式仪表利用膜盒来感受外界气压，根据高度不同，气压不同的原理，高度、速度具体数值通过气压对机械膜盒不同压力下产生的相应变化计算出来，最终将这些数值显示在刻度盘上，高度、速度仪表的产生为飞机的飞行提供了一定的安全保障。作为最早期的仪表开始应用，它具有传送、感受和指示三个环节。这种仪表使用时间一般很长，操作和显示较为简单，而且出现错误或者出现故障的的概率极低。在部分第三代战机上仍作为备份仪表存在。早期因为仪表种类较少，仅需在座舱上显示速度、高度等简单参数，防错性和容错性功能很小，这时还没有提出显控系统的概念[6]。

上世纪20-30年代，继简单机械膜盒式仪表之后，别的机载仪表设备接踵而至。这时出现了在航空仪表发展史上具有里程碑式意义的第一次变革，尤其是在飞机上使用了航空陀螺仪表，该陀螺仪表以经典力学作为基础，飞行员从此开始根据地平仪等机电式仪表飞行，以此为标志，机电仪表时代的飞机已经到来。机电仪表通过显示元件的位移变化来计算各种飞行参数，并将这些参数显

万方数据第一章绪论3