Повышение эффективности системы раннего предупреждения столкновения самолета с поверхностью земли

- допустимые углы обзора;

- разрешающая способность;

- форма и состав пикселя;

- яркость изображения, равномерность яркости по площади экрана, возможности по регулировке яркости;

- контрастность изображения;

- цветовые возможности;

- коэффициенты отражения экрана;

- частота регенерации изображения;

- точность воспроизведения изображения, геометрические искажения;

- используемое электропитание, потребляемая мощность;

- масса и габариты;

- наработка на отказ.

Кроме перечисленных характеристик индикаторы различаются своими возможностями, в первую очередь:

- наличием встроенного вычислителя - генератора символов;

- способностью показывать видеоизображение от внешнего источника и возможностью накладывания на это изображение другой информации. [9]

2.4 Форма и размер экрана

Существующие бортовые индикаторы имеют экран квадратной или прямоугольной формы. Такая форма вызвана как технологическими ограничениями используемых плоскопанельных технологий, так и соображениями удобства компоновки индикаторов на приборной доске.

Квадратная форма экрана, то есть соотношение сторон (горизонтали к вертикали) 1:1, более предпочтительна для индикации карты и другой информации в ограниченном пространстве приборной доски. Большинство бортовых экранных индикаторов первых поколений имело квадратный экран,этот формат был утвержден и авиационными стандартами. Однако в последнее время на первый план вышли соображения стоимости и ситуация изменилась.

В связи с тем, что разработка элементной базы индикации специально для авиации чересчур дорога и при малых потребностях этого сегмента рынка не окупается, разработчики индикаторов сориентированы на применение модифицированных или упрочненных коммерческих индикационных панелей,которые используются в дисплеях переносных компьютеров и имеют формат4:3. Поэтому в настоящее время неформальным стандартом для авиационных индикаторов стало соотношение сторон экрана 4:3. У индикаторов малого и среднего размера чаще используется портретное расположение экрана, при котором более длинная сторона располагается вертикально (формат 3:4), у индикаторов большого размера - ландшафтное, при котором длинная сторона располагается горизонтально (формат 4:3).Некоторые индикаторы показывают видеоизображение в телевизионном формате 4:3, а символы рисуют в формате1:1.

Размер экрана бортовых электронных индикаторов с момента их появления на борту медленно, но постоянно растет. Вначале устанавливались индикаторы с экранами небольшого размера - 100x100 мм или 125x125 мм. На современных ЛА основные индикаторы имеют экран размера 150x200 мм или200x200 мм. И с совершенствованием технологии размеры экранов индикаторов продолжают увеличиваться. Сегодня на новейших военных игражданских ЛА можно видеть индикаторы с диагональю экрана 12?-14? (250-350 мм). Аналогичная тенденция наблюдается и в коммерческих дисплеях: смомента появления в 1988 г. и до 2000 г. размер диагонали жидкокристаллических индикаторов с активной матрицей увеличился с 3 до 30дюймов.

2.5 Углы обзора

Экран индикатора может наблюдаться под разными углами,при этом качество изображения может изменяться. Обычно с отклонением наблюдателя от центра экрана в сторону качество изображения ухудшается.

Углы обзора индикатора - это углы, под которыми изображение имеет приемлемое качество. Их измеряют от нормали к центру экрана, а качество характеризуют минимально-допустимым контрастом изображения. Обычно диапазоны углов обзора указывают в двух направлениях: по горизонтали и по вертикали.

Для некоторых технологий индикации, например для электронно-лучевых трубок, углы обзора не являются критичным фактором. Что касается жидкокристаллических индикаторов, которые повсеместно используются в кабинах современных самолетов, у них углы обзора ограничены.

Жидкокристаллический (ЖК) материал обладает двойным лучепреломлением, поэтому он превращает линейно поляризованный свет, падающий на поляризатор под номинальным углом, в эллиптически поляризованный свет, отклоняющийся от первоначального направления (раздел 5.8). Так как свет эллиптически поляризован, линейный поляризатор на передней панели индикатора направляет часть падающего на него света в сторону. Возникают утечки света от лампы подсвета в направлениях, отличающихся от перпендикуляра к плоскости экрана, причем с увеличением угла отклонения утечки увеличиваются и, как следствие, уменьшается контраст изображения, ухудшаются яркость и хроматичность.

В кабине истребителя, где пилот, как правило, один и сидит близко к приборной доске, требования к углам обзора невысоки. Например, на F-22A,исходя из положений, которые может занимать голова пилота и с учетомразличий антропометрических характеристик пилотов, предъявленные киндикаторам требования по углам обзора оказались весьма скромными: ±25°по горизонтали и ±10° по вертикали, т.е. диапазон углов обзора составляетвсего 50° по горизонтали и 20° по вертикали. В больших кабинах транспортныхи пассажирских самолетов требования к углам обзора выше. Ориентировочно можно считать, что диапазон углов обзора должен быть:

- не менее 30° по горизонтали (±15°) и не менее 30° по вертикали - в кабине содним пилотом, 120° по горизонтали и 60° по вертикали - в кабинах с двумя пилотами.

Современные ЖКИ легко перекрывают эти требования. Коммерческие дисплеи обеспечивают диапазон углов обзора 140°-170° как по горизонтали, так и по вертикали. У авиационных индикаторов успехи скромнее, но лучшие из них обеспечивают диапазон 120°-130° по горизонтали и 90°-120° по вертикали.

Углы обзора зависят от режима работы ЖК панели. Нормально черныеЖК панели имеют лучшие углы обзора по сравнению с нормально белыми.

Разрешающая способность и информационная емкость. Разрешающая способность характеризует способность индикатора показывать мелкие детали изображения.

В зависимости от принятого способа построения изображения разрешающую способность можно оценить по минимальной толщине линии, которую способен показать индикатор, или по минимально возможному для данного индикатора диаметру точки на экране. Для индикаторов с растровым способом построения изображения такая элементарная точка называется пикселем. Пиксель может находиться в двух состояниях - светящемся итемном. Для дисплеев компьютеров и для телевизоров разрешающую способность часто оценивают, исходя из линейного размера пикселя или толщины линии. При этом ее выражают несколькими способами:

а) непосредственно линейным размером в мм;

б) плотностью пикселей/линий - их количеством на единицу длины (1 смили 1 дюйм);

в) удельным количеством пикселей, т.е. количеством пикселей на единицу площади экрана (1 см2 или 1 кв.дюйм);

г) общим количеством пикселей по горизонтали H и по вертикали Vэкрана в виде H x V (например, 1024x768) или ссылкой на стандартное коммерческое разрешение экрана VGA, HVDT итд;

д) числом линий развертки по вертикали.

Такие способы оценки разрешающей способности позволяют сравнивать индикаторы между собой, однако указание одного только линейного размерапикселя/линии или производных от него характеристик ничего не говорит отом, способен ли человек различить эту отдельную точку/линию и следовательно насколько хорош данный индикатор: необходимо еще знать, накаком расстоянии находится экран от наблюдателя. Поэтому в общем случаеразмер точки или толщину линии было бы логичнее выражать через угловойразмер, занимаемый этой точкой/линиейв поле зрения наблюдателя, иизмерять в угловых единицах - долях радиана или градуса. В частном случае дисплеев компьютеров разрешающую способность можно свести к линейнымразмерам, так как положение экрана относительно наблюдателя считается фиксированным и известным. Действительно, в том случае, когда прямо передчеловеком-оператором находится только один экран, угловой размер пикселя вцентре и в углу экрана отличается не слишком заметно. Например, принахождении оператора в 40 см от экрана 15? дисплея SXGA (1024x768) угловойразмер точек в центре экрана и на краях отличается на 9% и этим можно пренебречь. В кабине экипажа, где пилот пользуется разными индикаторами, разнесенными по площади приборной доски (а в кабинах с двумя пилотами ониоба могут использовать еще и индикаторы на средней приборной доске), разница в угловых размерах точек на индикаторах может быть весьма существенна.

Таблица 2.2

При увеличении разрешающей способности индикатора улучшается качество восприятия изображения. Считается хорошей разрешающая способность близкая к разрешающей способности глаза - 1?. Хотя глаз обеспечивает такую разрешающую способность только в ограниченной зоне обзора, это не означает, что за пределами этой зоны требования к разрешающей способности индикатора могут быть снижены: во-первых, при передаче движущихся изображений и периферийное зрение чувствительно к такому разрешению, во-вторых, глаз очень быстро может перемещаться в пределах широкого диапазона углов обзора. Минимальная разрешающая способность, при которой индикатор еще можно считать приемлемым для бортового применения - 100 угловых секунд.

Оценить угловой размер изображения б, создаваемый на сетчатке однимпикселем индикатора можно по формуле

(5.2)

где S - линейный размер пикселя, D - расстояние от глаз пилота до экрана.

Исходя из (5.2), при типичном для кабины экипажа расстоянии доприборной доски D=750 мм размер пикселя, эквивалентный разрешающейспособности глаза 1?, равен 0,21 мм, отсюда плотность пикселей должна бытьне менее 47 на 1 см. Это означает, что, например, индикатор размером 6?x8?должен иметь разрешающую способность не хуже 768x1024, а индикатор9?x12? - не хуже 1050x1400.

У первых промышленных ЖК индикаторов в 1988 г. плотность была науровне 30 пиксель/см, сейчас стандартной считается 47 пиксель/см.

В авиационных ЖК индикаторах плотность сейчас составляет 30-50 пиксель/см.

Проведенные исследования показывают, что для достижения оптимальной разрешающей способности в бортовых индикаторах потребуется плотность 63-67 пиксель/см (для индикатора 9?x12? это соответствует разрешающей способности 1500x2000).

В перспективных индикаторах, показывающих подвижные и сложные изображения, например, «туннель в небе» потребуется плотность порядка 80 пиксель/см.

В трехмерных ауто стереоскопических дисплеях, появление которых на борту ожидается в более отдаленной перспективе, для того, чтобы сохранить разрешающую способность, горизонтальную плотность пикселей нужно будет увеличить вдвое.

Разрешающая способность определяет не только возможное качество изображения, она является мерой информационной емкости экрана: при равной площади экрана индикатор с большей разрешающей способностью может разместить на экране больше информации. По существу пиксель является аналогом информационного бита и чем больше таких единиц изображения включает экран, тем больше его информационная емкость.

Поэтому информационную емкость I можно определить как общее количество пикселей экрана:

I = H ?V ,

где H и V - разрешающая способность, соответственно, по горизонтали и вертикали. Информационная емкость выражается в миллионах пикселей -мегапикселях.

В компьютерной промышленности ЖК дисплеи в течение 13 лет существования непрерывно наращивали свою информационную емкость: от0,03 Мпикселя (VGA) до 1,3 Мпикселя (SXGA). Телевидение высокой четкости требует разрешающей способности 1920x1080 (2 Мпикселя). Сейчас доступны мониторы с разрешающей способностью 2000x2000 (4 Мпикселя), а22? цветной ЖК монитор фирмы IBM имеет информационную емкость 9,2Мпикселя. Авиационные индикаторы повторяют путь промышленных дисплеев. Сейчас их информационная емкость составляет от 0,3-0,4 Мпикселя (серийно выпускаемые индикаторы разработки 5-7-летней давности) до 1,3-1,4 Мпикселя (новые индикаторы с большим экраном).

По прогнозам информационная емкость основных индикаторов в будущем составит около 5М пикселей, другие индикаторы на приборной доске будут иметь информационную емкость 1-2 Мпикселя.

Индикаторы, о которых шла речь выше, представляют информацию в виде двумерных изображений. Человеческое зрительное восприятие является трехмерным и с учетом третьего измерения зрительная система человека имеет информационную емкость 1000 Мпикселей (1 гигапиксель). Индикаторы, представляющие трехмерные изображения, уже появляются, но для авиационного применения они пока не пригодны.

Структура пикселя. В монохромных индикаторах пиксель является мельчайшей структурной единицей изображения и собственной структурой не обладает. У цветных индикаторов различают цветной пиксель и субпиксель.

Цветной пиксель состоит как минимум из 3 субпикселей красного, синего и зеленого цветов, которые вместе создают нужный цвет. В бортовых индикаторах в состав цветного пикселя иногда добавляют четвертый субпиксель зеленого цвета, что позволяет показывать монохромное зеленое изображение от сенсоров (оптико-локационной станции, радиолокатора) с вдвое большей разрешающей способностью, так как количество управляемых зеленых точек на экране оказывается вдвое большим.

Cубпиксели могут располагаться в виде вертикальной или горизонтальной полоски (stripe), треугольника (deltatriad) или квадрата (quad).Исследования фирмы Honeywell показали, что форма треугольника является оптимальной для индикаторов, предназначенных для пассажирских магистральных самолетов. Для военных ЛА, у которых требуется индикация изображений от сенсоров, предпочтительней структура quadRGBG (RGGB),т.е. квадрат с одним красным, одним синим и двумя зелеными субпикселями.

Структура пикселя имеет значение при ограниченной разрешающей способности. По мере ее увеличения важность расположения субпикселей уменьшается. [9]

2.6 Яркость

Яркость является основной характеристикой света. Величиной яркости определяется величина нервных импульсов, возникающих в сетчатке глаза. Источник света или освещенный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света излучает каждый элемент поверхности в направлении глаза. Яркость элемента индикации определяется как отношение силы света, испускаемой в направлении оператора к площади светящегося знака

где J - сила света, т.е. световой поток, излучаемый на единицу телесного угла;

S - площадь светящейся поверхности; в - угол между плоскостью экрана и направлением на наблюдателя. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр.

В общем случае яркость предмета определяется двумя составляющими яркостью излучения и яркостью за счет внешней засветки (яркостью отражения):



Яркость излучения определяется мощностью источника света и его светоотдачей. Яркость отражения определяется уровнем освещенности данной поверхности и ее отражающими свойствами:

где Е - освещенность поверхности;

с - коэффициент отражения поверхности,р - константа (3,14).

Индикатор должен обеспечивать яркость, позволяющую надежно считывать с его экрана информацию во всех условиях применения. Требуемая яркость изображения определяется, в основном, уровнем освещенности экрана: с увеличением освещенности изображение становится хуже различимым, «расплывается». Для мониторов компьютеров, которые эксплуатируются при низкой освещенности (на земле, затененное помещение) норма яркости составляет 25-65 кд/м2, для различения мелких деталей требуется не менее 100кд/м2, для опознания подвижных изображений - не менее 300 кд/м2. К авиационным индикаторам предъявляются значительно более высокие требования по яркости, так как освещенность увеличивается с увеличением высоты над поверхностью земли. Для пассажирских самолетов освещенность в плоскости приборной доски в зоне прямого попадания солнечных лучей может достигать величины 70000-78000 лк, однако такой уровень освещенности в процессе длительного полета достаточно редкое явление и составляет 2-5% от общего времени полета. В то же время освещенность в плоскости приборной доски в пределах 30000-50000 лк при полетах самолета на высотах до 15000 м встречается довольно часто. На военных самолетах, имеющих прозрачный фонарь и летающих на больших высотах, освещенность в кабине может достигать 100000 лк. Так как индицируемая информация жизненно важна, индикатор должен быть рассчитан на предельный для данного класса ЛА уровень освещенности.

Для индикаторов с большим экраном, в которых в основном используются коммерческие ЖК панели, достижение указанного уровня яркости проблематично. Максимальная яркость коммерческих панелей - около300 кд/м2.

Яркостные характеристики бортового индикатора должны учитывать не только возможный уровень освещенности в плоскости приборной доски, но также и то обстоятельство, что пилот постоянно переводит взгляд из-за кабинного пространства на индикатор и обратно. Если солнце бьет ему в глаза, то для различения информации на экране после перевода взгляда в кабину требуется аккомодация глаз. Чтобы сократить время аккомодации индикатор должен обеспечивать очень высокую яркость. Исследования на земле в помещении с естественным освещением показали, что при переводе взгляда, сфокусированного в бесконечность, на экран индикатора зависимость времени пере аккомодации от яркости изображения имеет явно выраженную ступеньку: при яркостях больше 750 кд/м2 заметного сокращения времени аккомодации не наблюдается. Таким образом, если бы работа оператора требовала постоянного перевода взгляда за окно и обратно на индикатор, то наземле такой яркости было бы достаточно. Для условий авиационного применения подобные исследования также проводятся, известны предварительные результаты, согласно которым минимальное время аккомодации наблюдается при яркости индикатора порядка 1200-1370 кд/м2.

Ночью уровень яркости индикатора должен быть совсем другим, обычно требуется 0,35 кд/м2, если не используются очки ночного видения и 1 кд/м2,если используются. Желательно минимальный предел яркости иметь на уровне0,1 кд/м2.

Так как в поле зрения оператора могут попадать предметы с различной яркостью, то в инженерной психологии вводится понятие адаптирующей яркости. Под ней понимают ту яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент времени зрительный анализатор. Приближенно можно считать, что для изображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображения с обратным контрастом -- яркости предмета.

Наилучшие условия для работы будут при уровнях адаптирующей яркости, лежащей в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кд/м2. Сигналы с большей яркостью могут вызвать нежелательное состояние глаз ослепленность. Слепящая яркость изображений определяется размером светящейся поверхности наблюдаемого объекта, яркостью сигнала и уровнем адаптации глаза [5]:

где в - телесный угол наблюдения светящейся поверхности (в стерадианах); Bа - адаптирующая яркость.

Для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемую яркость и контраст сигналов, но также и равномерность распределения яркостей в поле зрения, чтобы восприятие информации не требовало постоянной переадаптации глаз. Равномерность яркости определяется как отношение минимальной яркости светящихся элементов к максимальной, по всему полю индикатора она должна быть неменее 1:3. Если изменение яркости по площади экрана на 50-100% вполне приемлемо, то резкие перепады яркости уже в 5% различимы глазом и недолжны иметь места. Поэтому иногда задают равномерность яркости отдельнона большой и на малой площади.

В интервале между минимальной и предельной для данного индикатора яркостью должна обеспечиваться возможность плавного регулирования яркости. Для аналоговых индикационных устройств типа ЭЛТ возможности регулировки характеризовали количеством градаций яркости. Градации яркости различаются в 2 раз (примерно в 1,414 раз). Это отношение не несет какого-то физического смысла, так как человеческий глаз способен различать в несколько раз меньшие отличия в яркости, а установилось исторически. Для индикационных устройств с линейной яркостной характеристикой, представителем которых является ЭЛТ, количество градаций яркости SOG связано с коэффициентом контрастности Ки следующим соотношением:

Некоторые из рассчитанных по этой зависимости точек приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

SOG

Современные плоскопанельные индикаторы (жидкокристаллические и другие) в большинстве случаев не являются аналоговыми: их яркость может меняться только дискретно, то есть с определенным шагом. Диапазон регулирования этих индикаторов характеризуют числом этих ступеней, которое имеет совершенно иной смысл, чем для аналоговых индикаторов, так как ступени отличаются между собой не в 2 раз, а в совершенно другом, выбранном разработчиком, соотношении. Кроме числа ступеней регулирование яркости характеризуется законом регулирования - линейным, логарифмическим или другим. При линейном законе регулирования яркости число ступеней указывают в виде отношения, например, 9600:1, что при максимальной яркости 700 кд/м2 означает, что минимальный шаг изменения яркости и минимальное значение яркости составляют 0,079600700 = кд/м2. Для современного авиационного индикатора минимально приемлемым считается диапазон регулирования яркости 4000:1, от 685 кд/м2 до 0,17 кд/м2. Для ЖКИ с учетом влияния на лампу подсвета температуры и старения желательно иметь гораздо более широкий диапазон регулирования. У многих современных ЖКИ обеспечивается диапазон регулирования 10000:1, 20000:1 идаже 30000:1.

Регулирование яркости может производиться как вручную пилотом, так и автоматически самим индикатором. Автоматическая регулировка позволяет безучастия пилота поддерживать необходимый контраст изображения при изменении внешней освещенности. Для этого индикатор должен иметь датчик освещенности. Автоматическая регулировка характеризуется диапазоном регулирования (обычно от 100 до 100000 лк), временем отклика и законом регулирования. [9]

В перспективных индикаторах ожидается диапазон яркости:

- для пассажирских ЛА от 3,4 до 750 кд/м2;

- для военных самолетов от 0,1 до 1200 кд/м2.

Диапазон регулирования яркости должен возрасти до 40000:1.

2.7 Контраст

Видимость предметов определяется также контрастом их по отношению к фону. Контраст характеризует качество воспроизводимой на индикаторе информации и влияет на время восприятия оператором индикации, скорость считывания и точность опознания, что имеет большое значение в условиях дефицита времени, отводимого пилоту на обзор индикатора.

Различают яркостный контраст и цветовой контраст. Яркостный контраст характеризует различимость предмета на фоне с точки зрения соотношения их яркостей, цветовой контраст - с точки зрения соотношения их цветов.

Есть два вида яркостного контраста, прямой (предмет темнее фона) и обратный (предмет ярче фона). Работа при прямом контрасте является более благоприятной, чем работа при обратном контрасте.

Количественно величина яркостного контраста оценивается как отношение разности в яркости предмета и фона к большей яркости:

При прямом контрасте Bmax - яркость фона,Bmin - яркость символа;

При обратном контрасте Bmax - яркость символа, Bmin - яркость фона.

Контраст может выражаться в относительных единицах или процентах.

Контраст до 0,2 рассматривается как малый, 0,2-0,5 - как средний и более 0,5 - как высокий. Оптимальная величина контраста считается равной 0,6-0,95.

Минимальное значение яркостного контраста, при котором глаз различает объект (порог контрастной чувствительности), равен 0,02-0,03 в случае, когда точно известно направление на объект, и 0,07-0,09 при нефиксированном наблюдении.

Большое влияние на условия видимости предметов оказывает величина внешней освещенности. Однако это влияние будет различным при работе оператора с изображениями, имеющими прямой и обратный контраст.

Увеличение освещенности при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина контраста увеличивается). При обратном контрасте отраженный от экрана индикатора свет добавляется к излучаемому свету, при этом видимость символов ухудшается (величина контраста уменьшается).

Обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но еще недостаточным условием нормальной видимости предметов. Нужно знать также, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки вводится понятие порогового контраста, который равен

где dBпор -- пороговая разность яркости, т.е. минимальная разность яркости предмета и фона, впервые обнаруживаемая глазом, Bф - яркость фона.

Для нормальной видимости величина контраста К должна быть больше Kпор в 10--15 раз.

Величина порогового контраста зависит от яркости и размеров предметов. С увеличением яркости уменьшается значение порогового контраста, однако при яркости фона от 0 до 3000 кд/м2 пороговый контраст практически не зависит от яркости фона и цветности свечения предъявляемой информации, а определяется только угловым размером изображений (знаков, цифр, символов, геометрических фигур и др.): пороговый контраст уменьшается при увеличении размера изображения, т.е. предмет большего размера виден при меньших контрастах.

Для оценки контраста часто вместо яркостного контраста используют коэффициент контрастности Ки (contrastratio)

,

где при обратном контрасте Bmax -- средняя яркость символа;

Bmin -- средняя яркость фона, при прямом - наоборот.

Яркостный контраст K и коэффициент контрастности Kи связаны между собой следующим образом:

Часто Ки указывают в виде отношения, например, Ки=4,66 записывают в виде 4,66:1.

Требования к бортовым индикаторам в части яркостного контраста вусловиях максимальной освещенности 100000 лк установлены в ОСТ1 00345-87 и руководстве по эргономическому обеспечению гражданской авиации РЭО-ГА-ЭТ (не менее, соответственно, 0,5 и 0,6). К настоящему времени эти требования несколько устарели. Современный уровень требований отражает таблица 2.4.

Таблица 2.4

У существующих авиационных ЖК индикаторов коэффициент контрастности в условиях высокой освещенности составляет 5-8, при низкой(ночью) - 50-120.

За рубежом также приняты такие характеристики контраста, как:- относительный контраст



- модуляция яркости (luminance modulation, Michaelson contrast)

.

Так как для краткости все четыре характеристики контраста (K, Kи, Kотн, Kмод) называют просто «контрастом», это часто создает путаницу.

Коэффициент отражения. Яркость фона индикаторных устройств при неизменном уровне освещенности растет с увеличением коэффициента отражения фона. Коэффициент отражения показывает, какая часть падающего на поверхность светового потока отражается ею. Во многом он определяется цветом поверхности и в большинстве случаев находится в диапазоне от 0,07(черный цвет) до 0,9 (белый). Так как большинство электронных индикаторов работает в условиях обратного контраста (черный фон, яркие символы), то при увеличении яркости фона ухудшается контраст изображения, поэтому при разработке электронных индикаторов стараются обеспечить минимально возможную величину коэффициента отражения фона за счет использования нейтральных светофильтров, поляризационных пленок и просветляющих покрытий. В большинстве случаев эти меры негативно сказываются на яркости изображения: она уменьшается.

Свойства отраженного света зависят от строения, направления и формы источника света, от ориентации и свойств поверхности. Отраженный от объекта свет может быть диффузным или зеркальным.

Диффузное отражение света происходит, когда свет как бы проникает под поверхность объекта, поглощается, а затем вновь испускается.

При этом положение наблюдателя не имеет значения, так как диффузно отраженный свет рассеивается равномерно по всем направлениям.

Коэффициент диффузного отражения зависит от свойств вещества и от длины волны света, но обычно считается постоянным. Коэффициент диффузного отражения современных бортовых ЖКИ составляет 0,1-0,2%.

Зеркальное отражение происходит от внешней поверхности объекта.

В отличие от диффузного отражения света, зеркальное отражение является направленным. Коэффициент зеркального отражения зависит от угла падения, однако даже при перпендикулярном падении зеркально отражается только часть света, а остальной либо поглощается, либо отражается диффузно. Эти соотношения определяются свойствами вещества и длиной волны света.

Коэффициент зеркального отражения экрана должен быть не более 0,75%.

Сильной стороной ЖКИ является различимость изображения при солнечной засветке, однако в отношении отражения они имеют те же проблемы, что и другие типы индикаторов. Экран ЖКИ состоит из нескольких слоев и каждый слой вносит свою долю в отношении зеркального отражения, кроме того поляризатор изготавливают из пластика и он имеет иной коэффициент преломления, чем соседний слой стекла или клей между ним и слоем стекла.

2.8 Цветность

В настоящее время все используемые в авиации технологии индикации (ЭЛТ, жидкокристаллические, плазменные и т.д.) демонстрируют возможность создания полноцветных индикаторов.

Диапазон цветов, которые способен воспроизвести индикатор, определяется его первичными цветами - красным, зеленым и синим, смешение которых и создает все возможные цвета. Чем ближе первичные цвета к монохроматическим, тем более насыщенными они становятся и тем шире цветовая палитра индикатора. Однако ни один фиксированный набор первичных цветов не способен создать весь диапазон цветов, различаемых человеком. Более того, при увеличении насыщенности первичного цвета уменьшается его спектральный диапазон и как следствие уменьшается яркость излучения, поэтому выбор первичных цветов - это всегда компромисс между цветовой палитрой и яркостью.

У бортовых индикаторов цветность характеризуется количеством уровней серого. Количество уровней серого NG - это количество оттенков каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего), которые может показать данный индикатор. Смешиваемые друг с другом оттенки трехосновных цветов позволяют иметь палитру из (NG)3 цветов. Например, индикатор с 64 уровнями серого позволяет получить 643 = 262144 цвета, а индикатор с 256 уровнями серого имеет свыше 16 миллионов цветов. Важное значение имеет выдерживание линейной зависимости при делении диапазона цвета на градации.

Для индикации символьной информации достаточно дополнительно к 3 основным цветам иметь всего 1-4 смешанных цвета. В растровых индикаторах типа ЖКИ при изображении движущихся, вращающихся элементов требуется сглаживание, в этом случае необходимо иметь не менее 8 уровней серого. При выводе видео изображения и информации от бортовых сенсоров нужно еще больше уровней серого - не меньше 16. Современные ЖКИ редко имеют меньше 64 уровней.

Следует отметить, что количество уровней серого позволяет получить высокое качество изображения только при условии обеспечения по всему полю экрана хорошего контраста и равномерной яркости, а также при условии линейности изменения уровней серого. 128 уровней не имеют смысла при равномерности яркости 40%, не линейности уровней серого и низком контрасте.



2.9 Временные характеристики

Временные характеристики индикации должны быть выбраны с учетом времени инерции глаза (времени, в течение которого свет после выключения продолжает действовать на глаз) и времени задержки восприятия световых сигналов. К временным характеристикам относятся: запаздывание индикации, частота обновления информации и частота регенерации изображения.

Для информации, используемой при ручном пилотировании ЛА, частота обновления на экране должна быть 15-30 Гц, а запаздывание индикации (включая датчик), не должно превышать эквивалентную постоянную времени 100 мс. У многих типов систем индикации прорисовку изображения необходимо постоянно повторять, иначе оно быстро тускнеет и исчезает с экрана. Так, например, обстоит дело с индикаторами на ЭЛТ: люминофор в них светится очень короткое время. Для таких систем одной из основных характеристик является частота регенерации изображения на экране индикатора (ЧРИ).

Величина ЧРИ должна быть больше критической частоты мельканий. Для монохромных индикаторов ЧРИ должна быть не менее 50 Гц, а для цветных -не менее 60 Гц. При телевизионном методе воспроизведении изображения частота полей/кадров должна составлять не менее 40/80 Гц для монохромных и50/100 Гц для цветных индикаторов. Это значительно больше, чем требуется для коммерческого телевидения (25/50 Гц в системе SECAM, 30/60 Гц в системе PAL).

Высокая частота регенерации изображения требуется не только для того чтобы обеспечить его яркость. Для движущихся изображений нужно, чтобы пиксели не только быстро включались, но и быстро выключались, иначе на экране за движущимися изображениями возникает светящийся шлейф. В течение цикла регенерации изображения пиксель должен успевать перейти из одного состояния в противоположное.

2.10 Геометрические искажения

Точность воспроизведения информации в системе индикации характеризует смещение изображения относительно системы координат. Точность воспроизведения должна быть не ниже точности ее обработки. Рассматриваемая характеристика в значительной степени зависит от возможностей пилота и характера решаемых задач. Рекомендуется, чтобы ни

один элемент изображения не смещался более, чем на величину, равную 2%высоты экрана. Характеристиками геометрических искажений также являются дрожание изображения по горизонтали и по вертикали, линейные искажения по горизонтали и по вертикали. ARINC 421 устанавливает следующие требования в отношении искажений:

- ошибка позиционирования не более 1% диагонали экрана или 2 мм(что меньше);

- ошибка положения одного символа относительно другого не более 0,5мм;

- дрожание символов не более 2 мм;

- позиционная нестабильность всего изображения не более 1,3 мм по вертикали и по горизонтали;

- нестабильность размера изображения не более 1,8 мм по вертикали и по горизонтали.

Приведенные требования относятся к индикаторам на ЭЛТ, для плоско панельных технологий, в частности -ЖКИ, указанные дефекты изображения нехарактерны и положение символа на экране обеспечивается с точностью до 1 пикселя. [9]



Выводы по главе 2

В данной главе рассматриваются основные способы индикации, их достоинства и недостатки, области применения. К настоящему времени разработано много разных способов индикации информации и выбор подходящего для конкретного случая способа часто является непростой задачей.

На современных ЛА главным средством индикации стали электронные индикаторы. В отличие от традиционного прибора, индицирующего обычно1-2, максимум 5-8 параметров, на экране электронного индикатора могут индицироваться десятки параметров и сигналов, сменяя друг друга по мере необходимости. Также по сравнению со старыми вариантами они отличаются по функциональности долговечности и весовым параметрам.



Глава 3. Краткий обзор Индикатора системы раннего предупреждения приближения самолета к поверхности земли - описание и работа

3.1 Технические данные

Индикатор СРПБЗ нормально функционирует при электропитании его от бортовой сети постоянного тока напряжением от 18,0 В до 31,0 В.

Мощность, потребляемая индикатором СРПБЗ от сети электропитания 27 В, не превышает 35 Вт.

Индикатор СРПБЗ функционирует в любое время суток и года в простых и сложных метеоусловиях, в различных географических широтах, в том числе над горными массивами и водными поверхностями.

Время готовности индикатора СРПБЗ к работе с момента подачи электропитания не более 1 минуты после подачи на него питающего напряжения.

Индикатор СРПБЗ длительно и непрерывно работает в течение 16 часов.

По внешним воздействиям индикатор СРПБЗ соответствует документу НЛГС-3 по кодам:

BV/IVnp, зонаА, грунт, У1-УЛ-ДРШ-ТП*-ВЛ1-ТМХ-РО-ППХ-РС-ПГХ-АШХ-ВДХ.

- предъявляемые требования по температуре окружающей среды:

- Рабочая пониженная температура среды

- Предельная пониженная температура среды

- Рабочая повышенная температура среды

- Кратковременная повышенная температура среды

- Предельная повышенная температура среды

- минус 40°С

- минус 50°С

- плюс 55°С

- плюс 70°С

- плюс 85°С

Масса индикатора СРПБЗ - не более 3,0 кг.

Е3.1 Состав индикатора СРПБЗ приведен в таблице 1

Таблица 1

Состав индикатора СРПБЗ НГТК.461531.001 - 01 приведен в таблице 2

Таблица 2



Состав индикатора СРПБЗ НГТК.461531.001 - 02 приведен в таблице 3

Таблица 3

3.2 Описание индикатора системы раннего предупреждения приближения самолета к поверхности земли

Отображаемая информация.

В Индикаторе СРПБЗ для вариантов исполнения НГТК. 461531.001;

НГТК.461531.001 - 01; НГТК.461531.001 - 02; НГТК.461531.001 - 03 предусмотрено два режима отображения подстилающей поверхности:

- вид сверху («План»);

- вид сбоку («Профиль»),

Управление режимом индикации «План» «Профиль» для вариантов исполнения НГТК.461531.001; НГТК.461531.001 - 01 осуществляется по разовой команде «корпус/разрыв», поступающей от органа управления (кнопки) на приборной доске в месте расположения Индикатора СРПБЗ.

Управление режимом индикации «План» «Профиль» для вариантов исполнения НГТК.461531.001 - 02; НГТК.461531.001 - 03 осуществляется от кнопки «ВИД» в окне «ИНДИКАЦИЯ» на лицевой панели Индикатора СРПБЗ.

В режиме «ПЛАН» на экране Индикатора СРПБЗ отображается прямоугольный участок подстилающей поверхности, расположенной впереди по движению ВС. Точка, соответствующая текущему местоположению ВС, располагается в середине нижней кромки экрана Индикатора СРПБЗ.

Для удобства оценки расположения препятствия относительно ВС на экране Индикатора СРПБЗ отображается сетка системы координат «удаление» - «направление на препятствие»:

- дуги равноудаленных от ВС точек подстилающей поверхности (с шагом, равным ј диапазона дальности) - 4 дуги;

- прямые равных курсовых углов (с шагом 30°) - 5 прямых.

Величина диапазона дальности в режиме «План» (вперед по движению ВС) и цена деления сетки системы координат по дальности отображается в левом верхнем углу экрана Индикатора СРПБЗ

Величина диапазона дальности в режиме «Профиль» (вперед по движению ВС) и цена деления сетки системы координат по дальности отображается в правом нижнем углу экрана Индикатора СРПБЗ

В режиме «Профиль» на экране Индикатора СРПБЗ отображается разрез участка подстилающей поверхности, расположенной впереди по движению ВС. Точка, соответствующая текущему местоположению ВС, располагается в середине левой кромки экрана Индикатора СРПБЗ.

Для удобства оценки расположения препятствия относительно ВС на экране Индикатора СРПБЗ отображается сетка прямоугольной системы координат «удаление»(в км) (п т ) - «превышение препятствия относительно ВС» (в м).

Объекты рельефа и искусственные препятствия отображаются на экране индикатора СРПБЗ с использованием красного, оранжевого, желтого и зеленого цветов.

Зависимость цвета отображения препятствия от величины его превышения относительно высоты ЛА приведена на рис.Б.9 Приложения Б. Объекты рельефа и искусственные препятствия, расположенные ниже 660 м под ВС, на индикаторе СРПБЗ не отображаются экран индикатора СРПБЗ для таких участков подстилающей поверхности черного цвета.

Отображаемые препятствия, представляющие реальную опасность (препятствия, по которым СРПБЗ выработала предупреждающую или аварийную сигнализацию) выделяются соответствующим цветом в мигающем режиме в пределах зоны сигнализации.

При выработке СРПБЗ сигналов речевых сообщений одновременно с речевыми сообщениями в поле экрана для индикации текстов речевых сообщений индикатора СРПБЗ отображается окрашенный текст выработанного речевого сообщения. Текст окрашивается в красный цвет, если речевое сообщение является аварийным и в желтый цвет, если речевое сообщение является предупреждающим. Текст уведомительных речевых сообщений на экране индикатора СРПБЗ не отображается.

В поле экрана для индикации текстовых сообщений о состоянии СРПБЗ отображаются текстовые сообщения об отключении режима раннего предупреждения или сообщения о выявленных отказах индикатора СРПБЗ и СРПБЗ.

В поле экрана для выдачи информации об отключении и неактивности режимов сигнализации СРПБЗ.

При выработке речевых сообщений сигнализации СРПБЗ участки рельефа внутри сектора срабатывания, вызвавшие сигнализацию, окрашиваются циклически изменяющимися цветами:

- светло-красный / темно-красный - при выработке аварийной сигнализации,

- светло-желтый / темно-желтый - при выработке предупреждающей сигнализации.

При выработке речевых сообщений сигнализации СРПБЗ в верхней части поля экрана отображается текст речевого сообщения:

- красным цветом - при выработке аварийной сигнализации,

- желтым цветом - при выработке предупреждающей сигнализации.

На лицевой панели блока индикатора СРПБЗ НГТК.467846.001 расположен переключатель яркости экрана. При перемещении ручки переключателя яркости из крайнего левого положения в крайнее правое, яркость изображения изменяется от минимального уровня до максимального. На блоке индикатора СРПБЗ НГТК.467846.001, НГТК.467846.001-02 регулировка яркости экрана предусмотрена с помощью выносного переключателя яркости типа П Р 2 - 10П1Н РВ.

На лицевой панели блока индикатора СРПБЗ НГТК.467846.001 - 01 и НГТК.467846.001 - 03, расположены четыре органа (кнопки) управления индикацией и масштабом. [10]

3.3 Взаимодействующее оборудование

Индикатор СРПБЗ обменивается информацией с СРПБЗ по ARINC-429 и с бортовой аппаратурой ПИ СНС (при необходимости) по RS-232/422.

Электропитание индикатора СРПБЗ осуществляется от бортовой сети постоянного тока напряжением от 18,0 В до 31,0 В.

На задней стенке блока индикатора установлены предохранитель и клемм; заземления, обеспечивающая соединение корпуса блока Индикатора СРПБЗ с корпусом ВС.

Подключение блока индикатора к бортовому антенному кабелю СНС самолета осуществляется через соединитель типа TNC - BJ, установленный на задней стенке блока. [2]



3.4 Основные характеристики входных сигналов

От СРПБЗ сигналы принимаются в виде последовательного 32 разрядного биполярного кода по ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC429).

Скорость выдачи составляет 100 кбит/с.

В состав информации входит:

* информация о рельефе поверхности для отображения на экране Индикатора СРПБЗ;

* служебная информация.

Для отображения рельефа поверхности вся площадь экрана, которую занимает информация о рельефе, разбивается на элементы. При размере области вывода информации 320 х 232 пикселей каждый элемент изображается в виде квадрата 4 x 4 пикселей. Экран индикатора условно разбивается на 10 строк. Каждая строка содержит 6 элементов по вертикали и 80 по горизонтали. Информация о цвете рельефа передается построчно 32-х разрядными словами. Каждая строка, таким образом, передается 80-ю словами, каждое из которых содержит цвет 6-ти вертикальных элементов в соответствии с таблицами 6 и 7.

Элементы нумеруются сверху вниз, столбцы - слева направо. Для передачи столбцов используется 80 адресов с 1-го по 80-й.

Служебная информация передается в слове с адресом 2428, в котором содержится информация о масштабе дальности, кодах предупреждения и наличии препятствий в зоне индикации.

3.5 Работа индикатора СРПБЗ

Включение индикатора СРПБЗ производится при подаче на него + 27 В бортовой сети. После включения происходит автоматическая подготовка индикатора СРПБЗ к работе, которая длится примерно 60 секунд. При этом на синем фоне экрана появляется изображение трех цифр (015; 014; 013; 012; 011; 010) в белых прямоугольных рамках.

Далее индикатор переходит в режим старт - контроля, при этом на синем фоне экрана отображается текст.

При проведении встроенного контроля необходимо нажать кнопку

«ТЕСТ-КОНТРОЛЬ СРПБЗ» в течение 5 с, при этом на экране индикатора СРПБЗ в соответствии с циклограммой тест - контроля формируется изображение восьми цветовых полос, однородных по вертикали, в следующей последовательности (слева - направо)Черная;

Зеленая (100%); Желтая (100%); Оранжевая; Красная (100%); Желтая (100%), (мигающая, с изменением насыщенности); Красная (100%), (мигающая, с изменением насыщенности);Фиолетовая (100%) и в центре экрана отображается сообщение: «ТЕСТ- КОНТРОЛЬ» Далее на индикаторе отображается сообщение «НЕ СНИЖАЙСЯ» («DON'T SINK»), а затем примерно через 5с сообщение «ГЛИССАДА» («GLIDE SLOPE») одновременно с речевыми сообщениями в СПУ «НЕ СНИЖАЙСЯ» («DON'T SINK») и « ГЛИССАДА» («GLIDE SLOPE»). [11]

3.6 Основные функции

Индикатор СРПБЗ обеспечивает:

* обработку входных сигналов;

* формирование изображения по информации, поступающей от СРПБЗ;

* формирование выходных сигналов;

* встроенный контроль работоспособности.



3.7 Состав блока индикатора

В состав блока индикатора СРПБЗ входит:

* Устройство отображения НГТК.467846.002

* Плата процессора НГТК.467444.002

* Устройство комбинированное НГТК.468362.001

* Переключатель ПР2- 10П 1Н РВ ОЮ0.360.067 ТУ

* Корпус

3.8 Порядок функционирования

Устройство комбинированное НГТК.468362.001 обеспечивает:

* прием информации от ПИ СНС и передачу ее на плату процессора

* прием и выдачу разовых команд;

* питание схемы от вторичного источника питания.

Плата процессора производит:

* обработку поступающей информации;

* обработку входных разовых команд;

* формирование выходной разовой команды;

* формирование изображения на экране Индикатора СРПБЗ;

* встроенный контроль Индикатора СРПБЗ

Программное обеспечение (ПО) индикатора СРПБЗ, хранится в постоянно - запоминающем - устройстве (ПЗУ), расположенном на плате процессора.

Устройство отображения обеспечивает преобразование информации, поступающей от процессора и отображение ее на экране блока индикатора СРПБЗ.

Переключатель ПР2-10П 1Н РВ ТУ обеспечивает регулировку яркости изображения на экране блока индикатора СРПБЗ.

На лицевой панели ИНДИКАЦИЯ кнопка «ВИД» обеспечивает переключение режимов индикации «ПЛАН» или «ПРОФИЛЬ».

После включения индикатора СРПБЗ по умолчанию устанавливается режим индикации «ПЛАН». Для изменения режима индикации необходимо однократно нажать кнопку «ВИД», при этом устанавливается режим индикации «ПРОФИЛЬ». Для возврата в режим «ПЛАН» необходимо еще раз нажать кнопку «ВИД».

После включения индикатора СРПБЗ по умолчанию устанавливается диапазон дальности 20 км. В крейсерском полете устанавливается диапазон дальности 40км.

На лицевой панели МАСШТАБ кнопка «Т»уменьшает ««диапазон дальности в 2раза после однократного нажатия.

На лицевой панели МАСШТАБ кнопка « А «увеличивает диапазон дальности в 2раза после однократного нажатия.

Диапазон дальности изменяется от 10 км до 640 км. [10]

3.9 Недостатки индикатора СРПБЗ

В ходе анализа системы СРПБЗ, а в особенности блока индикатора был обнаружен ряд недостатков.

А именно: представленный блок индикатора имеет большие габариты - это загромождает итак небольшие размеры кабины пилотов.

Если даже блок индикатора представлен в виде жидкокристаллического индикатора, как это было обнаружено проходя ознакомительную практику в аэропорту Ташкент, на современных самолетах типа AIRBUS и BOEING то это создает маленькое неудобство в его эксплуатации так как механическое нажатие кнопок производит задержку выполнения операций.

В отличае от сенсорного индикатора, где процесс функциональных действий будет на порядок быстрей.

Также блок индикатора СРПБЗ имеет большую массу по сравнению с навигатором Garmin aera 796, что приводит к утяжелению общей конструкции самолета.

ИНДИКАТОР СРПБЗ

Рисунок 1 - Внешний вид блока Индикатора

Рисунок 2 - Блок Индикатора СРПБЗ (вид спереди).



Рисунок 3 - Блок Индикатора СРПБЗ (вид сбоку).

Рисунок 4 - Блок Индикатора СРПБЗ Н (вид сзади).



Выводы по главе 3

В данной главе рассмотрены назначение, состав, порядок функционирования, технические характеристики, и размер индикатора системы СРПБЗ. Исходя из этого можно делать выводы по поводу его замены, так как в настоящее время существует множество современных индикаторов с лучшими конструктивными характеристиками. Что позволит существенно снизить вес конструкции.



Глава 4. Краткий обзор многофункционального планшетного навигатора Garmin aera 796

4.1 Внешний вид устройства

В качестве флагмана семейства летных навигаторов выступает Aera модель 796 и демонстрирует 7'' емкостный сенсорный экран 480х800 (способный отображать карты в ландшафтном или портретном режиме) и использует технологию Garmin 3D Vision, предоставляющую пользователям обзор местности под самолетом, в том числе, рек, взлетно-посадочных полос или любых других препятствий, а также популярные функции GPSMAP 696.

Это устройство может также служить в качестве электронного планшета летчика, что позволяет командирам воздушных судов хранить в электронном виде маршруты полетов и диаграммы аэропортов непосредственно на своих устройствах. [12]

Внешний вид устройства



Включение/ выключение прибора

Для включения или выключения прибора нажмите на кнопку POWER (питание) иудерживайте ее в нажатом положении.

Первый раз при включении устройства приемник должен собрать спутниковыеданные и рассчитать текущее местоположение. Для обеспечения надлежащейинициализации навигатор поставляется с завода в режиме AutoLocate, которыйпозволяет прибору «найти себя» в любой точке мира.

Во время инициализации на экране показана информация о текущей базеданных, включающая срок действия, номер цикла и тип базы данных. Послепросмотра этой информации (на предмет того, не истек ли срок действия базыданных) пользователю предлагают продолжить процедуру включения.

Коснитесь кнопки PressToAccept(нажмите для подтверждения) для подтверждения данной информации. Появится экран «домашний».



Рис.: Инициализация базы данных.

4.2 Управление

Основные кнопки навигатора

Кнопки на сенсорном экране меняются в зависимости от отображаемой функции.



Коснитесь следующих пиктограмм для выполнения связанных с ними функций:



Коснитесь следующих пиктограмм для выполнения связанных с ними функций:

Пиктограммы ближайших объектов

Для доступа к пиктограммам «Ближайшие» второго уровня, находясь на «Домашнем» экране, коснитесь пиктограммы Nearest (ближайшие).