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《電子設計工程雜志》2014年第十一期

1綜合顯示器

綜合顯示器是一種光電顯示設備，一般安裝在中央儀表板上，由相應的機載系統向其提供顯示信息，以畫面、字符、數據等方式向飛行員提供一幅幅完整的顯示飛行、駕駛、導航、動力裝置等系統工作狀態的畫面。綜合顯示器并不同時顯示所有的信息，而是根據飛行員的操作或者系統認定的重要度，向飛行員提供所需的信息，暫時不太重要的信息則不顯示。飛行員可按下顯示器周圍的按鈕來得到需要顯示的信息。綜合顯示器的應用，一方面減輕了飛機座艙的擁擠，另一方面使得一些復雜飛行狀況變得一目了然，推動了一代座艙顯示的革命。目前，綜合顯示器經歷了CRT（陰極射線管）顯示器和平板顯示器兩個發展階段。

1.1CRT顯示器CRT顯示器是一種使用陰極射線管（CathodeRayTube）的顯示器，陰極射線管主要有5部分組成：電子槍，偏轉線圈、蔭罩、高壓石墨電極和熒光粉涂層及玻璃外殼。早期的CRT技術僅能顯示光線的強弱，展示黑白畫面，而彩色CRT具有紅色、綠色和藍色三支電子槍，三支電子槍同時發射電子打在屏幕玻璃上來顯示顏色。CRT顯示器固有的一些物理局限性制約了它向更高層次的發展。首先，CRT顯示器由電子束掃描成像，存在圖像閃爍抖動、失真的現象；其次，CRT顯示器體積龐大，功耗大，發熱量大；而其最頑固的一個缺點就是輻射效應，長時間使用情況下，對飛行員的視力和身體健康極為不利。

1.2平板顯示器隨著顯示技術的進一步發展，綜合顯示器逐漸向平板顯示器方向發展。平板顯示器包括液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、有機發光顯示器（OLED）、真空熒光顯示器（VFD）和發光二極管（LED）等。相對于CRT顯示器，平板顯示器有許多優點：體積小，重量輕，節省了飛機座艙空間；電壓低，無X射線輻射，沒有閃爍抖動；不產生靜電，因此不會影響飛行員的健康；功耗低，幾乎不發熱，可用電池供電；壽命比CRT顯示器長，可靠性更高。因此，目前飛機上已經廣泛采用平板顯示器代替了CRT顯示器。大篷車是美國塞斯納公司研制生產的多用途通用飛機，25年以來，各種機型的大篷車飛機的放行可靠率高達99%，圖2為大篷車飛機座艙儀表板。

2座艙顯示器國內外發展現狀

美國是世界上通用航空最發達的國家，也是通用航空大國，美國通用航空的現狀和發展趨勢代表著世界通用航空發展的趨勢。G1000系統是由美國GARMIN公司設計制造的一種通用集成航空電子系統，目前廣泛安裝在塞斯納公司的172、182、206、350、400，鉆石公司的DA40、DA42，新派泊公司的Piper6X等單、雙發活塞式輕型飛機上。G1000系統采用兩臺10.4英寸、分辨率為1024×768的LCD顯示器作為PFD（主飛行顯示器）和MFD（多功能顯示器），PFD和MFD互為冗余備份。每臺顯示器通過RS232、RS485、ARINC429總線與音頻控制器、大氣數據計算機、姿態航向基準系統、機身/發動機參數采集器等機載設備互連，兩臺顯示器之間通過高速以太網交換數據。圖3為G1000航電系統座艙顯示器。隨著通用飛機的快速發展，高端通用飛機座艙中出現了EFB（電子飛行包）顯示器。美國Astronautics公司設計制造的NEXISTM智能飛行系統提供了完美的EFB軟硬件解決方案。NEXISTM智能飛行系統采用8×10.3英寸的LED顯示器，顯示分辨率為1024×768，支持觸摸和虛擬鍵盤操作方式。該顯示器選用了Intel公司的CoreTMi7處理器，采用Linux操作系統，同時集成了ARINC429、ARINC717、全雙工以太網、RS422、USB等接口。

海鷗300飛機綜合航電系統是國內首款按照CCAR（中國民用航空規章）第23部進行設計，并隨飛機進行系統適航取證的綜合航電系統，該航電系統的架構與G1000系統類似，配置的兩臺顯示器在功能定義和對外接口方面與G1000系統也基本相同。圖4為海鷗300飛機座艙儀表板。長沙景嘉電子有限公司在2011年推出了最新的加固型SMART機載智能顯示器，該顯示器采用Freescale公司的MPC8270處理器和VxWorks操作系統，同時集成了RS232、RS422、1553B和以太網接口，適合機載、艦載、車載等惡劣工作環境應用領域。從我國與美國在小型通用飛機座艙顯示器的發展現狀對比可以看出，我國在通用航空產品結構、研發能力等方面有一定的基礎，但與國外先進技術仍有較大的差距。我國小型通用飛機座艙顯示器的研制，尚未建立完善的民機產品研發標準體系，距離形成通用化、系列化的商用貨架產品還有相當大的差距。我國通用航空產業的發展，還處在軍用技術向民用技術的轉型中。

3新一代座艙顯示器發展方向

隨著現代飛機的快速發展，未來通用飛機的發展趨勢可以概括為：高經濟性、高安全性、高舒適性和環境友善性，面向小型通用飛機應用的新一代座艙顯示器，應滿足多方面的需求和特點。

3.1處理能力強、功耗低在飛行過程中，座艙顯示器需要向飛行員顯示飛行、駕駛、導航、動力裝置等系統工作狀態，同時根據不同飛行任務的特點，還需要實現三維地圖、視景增強、合成視景等顯示功能，這就要求新一代座艙顯示器具有非常強的數據處理能力。高性能、低功耗的嵌入式處理器的選用能有效的提高座艙顯示器的能耗比。小型通用飛機由于機身尺寸、發動機功率和成本等諸多因素的限制，駕駛座艙一般沒有空調系統，所以新一代座艙顯示器還應具備功耗低、發熱量小的特點。

3.2體積小、重量輕小型通用飛機座艙尺寸較小，機載設備安裝空間有限。機身尺寸和重量的增加就需要增大發動機率，同時直接導致機油耗的上升。為滿足小型通用飛機高經濟性的特點，新一代座艙顯示器在滿足既定功能的前提下，體積應盡量小，10.4英寸顯示器是目前國外小型通用飛機航電系統的主流配置。同時，新一代座艙顯示器在設計制造上應嘗試采用復合材料，在滿足強度要求的同時進一步減輕機身的重量。

3.3航電接口豐富、擴展性強小型通用飛機由于其高經濟性的特點，均選擇低成本的航電系統。不同于大型客機、公務機，小型通用飛機一般不配置核心處理計算機，各種機載設備如音頻控制器、大氣數據計算機、S模式應答機、甚高頻電臺、儀表著陸系統、氣象雷達等分別通過RS232、RS422、RS485、ARINC429/702、ARINC708/453等接口直接與座艙顯示器互聯和交換數據，所以新一代座艙顯示器應具有豐富的航電設備接口。同時，為適應不同航電系統架構的需求，新一代座艙顯示器還需要具備一定的擴展性，滿足不同用戶可定制的需求。

3.4通用化、系列化、低成本目前，通用飛機基本采用緊湊型、自定義的航電系統架構，各設備對外接口定制，不同廠家產品不能互換，通用性、維護性很差。隨著機載計算機技術的不斷發展，開放式航電系統架構在小型通用飛機中將得以廣泛應用。采用開放式航電系統架構后，航電系統構型更加靈活簡便，航電系統易于升級，安全性、可靠性更高，維護性更好，同時有更多的商用貨架產品可選擇。新一代座艙顯示器應采用統一的模塊化、標準化設計技術，滿足統一開放的航電系統標準，采用通用的航空總線，如以太網、ARINC429等，形成通用化、系列化的貨架產品，降低設計制造和后期維護的成本，滿足小型通用飛機高經濟性的特點。

3.5可靠性高據統計，人為誤操作和惡劣天氣因素是導致通用飛機安全事故發生的主要原因，為降低這兩種因素對飛行安全的影響，就需要采用具備高可靠性的機載設備。新一代座艙顯示器的設計應具有友好的人機工效，最大化的降低誤操作的可能，同時在設計上具有一定的余度，提高故障監測和隔離的能力。閃電、湍流、雷暴和結冰是威脅飛行安全的最主要的四種天氣現象，新一代座艙顯示器的環境適應性應滿足DO-160F[2]（機載設備環境條件和試驗方法）的要求，尤其是其中雷電感應瞬態敏感性的要求，以滿足小型通用飛機高安全性的特點。

3.6安全性高、取得適航認證適航，即適航性的簡稱。民用航空器的適航性是指該航空器包括其部件及子系統整體性能和操作特性在預期運行環境和使用限制下的安全性和物理完整性的一種品質，這種品質要求航空器應始終處于保持符合其型號設計和始終處于安全運行狀態。適航標準是為了保證實現民用航空器的適航性而制定的最低安全標準，是通過長期工作積累，吸取了歷次飛行事故的教訓，經過必要的驗證及公開征求公眾意見不斷修訂而成的，是國家法規的一部分，必須嚴格執行。目前國外比較有名的適航標準有美國聯邦航空局的FAR（聯邦航空條例）、歐洲聯合航空局的JAR（聯合航空條例）、我國的適航標準是CCAR（中國民用航空規章），主要參考國際上應用最廣泛的美國適航標準，結合國情而制定。針對小型通用飛機座艙顯示器，應遵循CCAR第23部CCAR-23-R3（正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定），涉及到的規定主要為[3]：•23.1303飛行和導航儀表；•23.1305動力裝置儀表；•23.1309設備、系統和安裝；•23.1323空速指示系統；•23.1335飛行指引系統；其他重要參考文件包括：•SAEAS8034電子顯示器的最低性能標準[4]；•CAACCTSO-C113機載多功能電子顯示器[5]。

3.7滿足民機研發標準體系軍機產品在研制與開發過程中，依賴于傳統的設計和管理手段，缺乏相應的標準體系。民機產品研制與軍機在產品設計目標、設計要求、設計標準、制造試驗標準等多個方面存在較大的不同，因此必須建立民機產品的研發體系，遵循民機設計標準和適航標準展開研制。ARP4754[6]（高綜合性或復雜飛機系統的認證考慮）與DO-178B[7]（機載系統和設備認證中的軟件考慮）、DO-254[8]（機載電子硬件設計保證指南）共同構成了民機開發的標準體系。在該體系中，ARP4754作為頂層標準定義了高集成或復雜航空器系統的認證過程，該標準基于航空器整機的運行環境及功能考慮，定義了航空器整機功能的系統生命周期，而細節的軟件、硬件設計標準則分別由DO-178B和DO-254規范。新一代座艙顯示器的軟件、硬件研制應嚴格遵循民機發的標準體系，對其整個生命周期的每個過程都進行嚴格控制，包括有效合理的計劃、對需求的確認和驗證、全過程的構型管理和質量保證，以保證最終產品的安全性水平是可接受的。

4結束語

小型通用飛機座艙顯示器的發展，應著重于減少飛行員的工作量，通過新功能、新技術的不斷應用來提高飛機的安全性和可操控性，增加飛行的舒適度。我國未來小型通用飛機座艙顯示器的發展，應著重在機載高性能計算與信息處理平臺技術、機載設備一體化技術、平板顯示新技術、通用飛機適航技術等方面進行長期的研究和探索，推動我國通用航空產業向前發展。

作者：姜琳琳單位：中航工業西安航空計算技術研究所