标题：玻璃座舱
玻璃座舱
所有的这些功能都集成在系统当中以降低飞行员的工作负荷，包括飞行计划和武器控制。为此，玻璃座舱完全可以被称作一场革命性的革新。  f-16的玻璃座舱
战斗机座舱发展历程
50年代，战斗机才装配了既简单可靠又相对便宜的电子设备，可是，飞行员即使依靠这些仪器获得了所有的飞行和导航数据，仍然不能完全满足低空高速的飞行任务。这些限制在第一代高性能喷气式战斗机身上尤其明显。机舱内系统复杂性的增加以及相关仪器设备的增加迫使飞行员不得不比以往更多时间地采用一种“低着头”的工作姿势，这对飞行员掌控战术状况产生了负面影响，也降低了低空飞行的安全程度。
为解决这些问题，采用了平视显示器(HUD), 平视显示器是一种使飞行员不用注视驾驶舱内部就可以掌握传感器和武器装备基础数据和信息的光学电子系统。但是在现代战斗机内仰视显示器不是唯一可用的视觉系统：现代工艺使得在座舱内向飞行员提供夜视系统、高级集成式头盔系统以及高级的数字仪表成为可能。
七十年代中期，一架标准的战斗机有100多个座舱仪表控制装置，众多的指示和信号分散了飞行员的注意力。这种情况分明是不适用的，因此，利益关系重大的航天企业和美国国家航空宇航局发起了一项关于显示器的研究工作，试图弥补飞机构造中的缺陷，并希望能将飞行和战斗数据综合起来，能更容易地理解飞行位置图，最后就形成了一个完整的玻璃座舱系统。因为飞行的安全性及效率随着飞行员对飞机自身和战术情况掌握的增加而增加，因此更多的飞机接受了这样的电子飞行显示，该项研究的成果反映良好。这项新技术不仅使飞行员更容易掌握姿势、高度、速度这些关键指示器图形视图的内容，而且还降低了维护传统仪器的高成本。玻璃座舱技术还提供了更强的备份能力，比机电仪表重量更轻，更节约能耗。  早期的su-27座舱
玻璃座舱的优点
1.代替大数量开关、计量器和传统指示器的可能性；
2.故障时更大的冗余度；
3.更灵活更精确的战术航行选择；
4.面板更加整洁；
5.可编程性；
在人机工程条件下，玻璃座舱的主要优点不在于所介绍的电子与电机的不同特性，实际上是相当经常地在屏幕显示器会如实地复制计量仪表，因为数据表明这种方法很容易立即被领会。然而，玻璃座舱因飞行而存在，战斗情报资料只不过是需求的体现，在系统即将进入警戒区时飞行员会选择他所需要的数据。这要求大大地精简座舱，使飞行员在每一次选择时只聚焦在最重要的需求信息点上。
现代的玻璃座舱由三(或三个以上)主要的LCD(液晶显示)多功能块组成，借此多图像正视显示器显示战术情况和传感器信息，二个横向显示器显示飞机系统参数和飞行战斗任务数据。
涉及飞机系统参数和飞行战斗任务数据的主要部件是主驾驶仪表系统，主驾驶仪表系统显示所有的关于飞机姿态、位置和进程(包括水平和垂直位置)的数据与信息，还负责标明时间和速度。主驾驶仪表系统由主飞行显示器(标明垂直飞行剖图，如姿态、飞行指引仪指示器、速度计、模式选择)和航行显示器(标明水平飞行剖图，如朝向和地面航迹)组成。考虑到冗余度，对飞机控制和安全最为紧要的信息，如朝向和进场阶段的关键数据在两个指示器上都加以显示。
主飞行显示的中枢包含一个姿态指示器，姿态指示器向飞行员提供有关飞机俯仰和横滚特性的信息，还有飞机相对于地面的方位。其他的诸如失速迎角的信息只有当飞行员选择时才显示。基本的飞行数据根据飞行员的需要加以修正：例如,失速迎角可以实时被修正以便反映飞机在当前的姿势位置以及相对参数情况下的预测的临界攻角。
得益于机载计算机预测出来的数据与信息，主飞行显示器还可以显示飞机未来的航道(在很短的几秒时间内)，使飞行员很容易预料飞机的反应。在姿态指示器的左边和右边通常分别显示航速数据和高度数据。由于飞行期间上下翻转时高度和转速变化，这两个数字仪表通常作为垂直指示器来使用。因为要通过飞行管理系统进行计算，所以两个指示器还都特别地显示速度和海拔级别的详细要点，诸如失速速度以及为任务而规划选定的精确数据，就像在某一特定瞬间和高度时的最大速度。
姿势和航向参考系统由向飞机提供朝向、姿势和偏航消息的三轴传感器组成，在其可靠性和精度都比较成熟时替换了传统的电机陀螺飞行仪。三轴传感器由高级固态器件构成，这些器件利用磁力计和全球定位系统(GPS)数据来修正并综合阴极陀螺仪数据。也可能把姿势和航向参考系统与一个空气数据计算机结合起来，提供诸如外界空气温度、气流速度和高度等附加信息。空气数据计算机在现代玻璃座舱中是一个非常重要的航空电子系统，因为它可以测定诸如修正空速、马赫数、高度和海拔趋向等基础数据。
发动机指示和驾驶警戒系统向飞行员提供关于发动机状况及其他系统的数据和信息。诸如RPMs、剩余燃油数量、油压、温度值等等许多发动机参数都有显示。其他由ElPAS本地定位系统监控的机上系统典型参数包括电子的、除冰的、气动的、液压的以及座舱环境条件方面的参数。  “枭龙”战机的玻璃座舱
战术情况显示器
战术情况显示器是一个彩色的显示器，显示的代表性参数有：
雷达目标；
电子战发射器；
移动地图；
情报(危险区域，威胁迹象)。
为了呈现战术情况连贯图像,因此启动了精确度评估和位置感知系统，一个战术环境显示器(TSD)系统必须能够完成作战信息综合、解读(得益于一套基于人工智能的系统)和空袭威胁判断。事实上，战术环境显示器是战斗任务数据和位置察觉信息的主要来源。设计的基本面包括信息、地形数据、图示覆盖和文本窗的表现方式。
战术情况显示器被直接安装在驾驶员前面的一块大的屏幕上。“硬”按钮布置在其周围，通常用来控制TDS功能，但在最高级的系统中一些按钮是触摸式的，仿效现实按钮特性。显示器按照到达作业区计划路线和已掌握的敌人防御位置显示作战情况。飞行员可以启动雷达探测范围以覆盖显示其雷达系统可探测到的区域。当飞机驾驶员准备进攻一个敌方目标时，屏幕上会显示一个详细的目标区局部放大图，显示系统还会显示飞机自己和能探测到的最近的单个敌机或多个敌机的图像。一个被命名为“任务策划者”的方程用于计算出使飞机自身暴露给敌机雷达系统机会最小的比较路线。在大多数情况下，如果飞行员需要还可以在战术环境显示器屏幕的一角显示一些关键飞行数据(如姿势、速度和海拔高度)，这个“窗口”被称“辅助飞行显示”。
在现代的高性能战斗机中，飞行和作战状况是通过一个人机交互计算机接口对飞机进行控制的，对于这种作战数据类型如何在战术环境显示器上加以体现并在显示器中灵活表达对于设计来说是很难的事情。主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)成为最新一代电子设备多功能显示器飞行仪表工艺学应用的一个方向。主动式矩阵液晶显示器相对于它们要替代的技术(通常是阴极射线管CRT)有许多优点，诸如成本、尺寸、性能和工艺成熟度。为拓展现有技术、掌握使这些优点最大化而需要进行的进一步研究的要求仍然存在着，并且还要探索与飞行员使用这些显示器相关的一些人为因素问题。由于显示器像素密度的增加和要显示信息的总量的增加，AMLCD必须给飞行员提供最佳信息的有效性越来越难了。  “台风”战机的玻璃座舱计算机图形学技术的飞速进步使航空显示器以多种形式动态显示三维图形成为可能。战术环境显示器为飞行员提供既顾及航行又顾及作战信息的融合数据并通过利用一个三维图示形式图形加以表现，有助于减轻过多的信息负担[1]并可以辅助决策。
现代的战术环境显示器将飞机标志与地形数据和威胁数据综合在一起，如此这样就可以按照事态发展的原样考察总体战术情况。至为重要的还有一个名为“空中通道”的特定函数。该函数由一系列类似高速公路的区块构成，给飞行员决策要飞哪条路线以及提前预测未来调动提供一个指示。全部的战术情况数据在战术环境显示器上显示，并以彩色编码表达附加信息。地面是色深相同的绿色，如果显示一个地区的细部特征那么“空中通道”的颜色就会改变。另外，来至地面的威胁如防空导弹(SAM)或雷达定向AAA的位置也是彩色编码标识的，在给定的某个时刻从黄色到红色的变化程度表示不同的威胁程度。正在跟踪飞机的敌机位置可以用一个矢量连接到飞机标志，当战术环境显示器显示机载电子对抗(ECM)系统是否有效抗击那个威胁时，闪烁的矢量表示飞行中的一个防空导弹。
仅用一个例子就可简明地说明情况，F-22 猛禽战斗机装有一个完全没有传统仪器的配有六个彩色编码液晶显示器的高级玻璃座舱。这些显示器在阳光直射下也是完全可读的，一个被称作“上帝之眼的观察”的设备可以提供全面的飞机环境展示，包括飞机上部、下部、两侧及背面，从而可以在屏幕上完全显示出飞机当前的位置状况。尤其是战术环境显示器通过一个全色编码系统显示战术情况，包括：敌机被显示成红色三角形，友机被显示成绿色三角形，未知敌友的飞机则显示成黄色方块，用蓝色F-22图标代表自己的编队飞机。地对空导弹发射场由五边形表示，这个五边形导弹区域标识图标还附加上了导弹的类型(根据存储在雷达告警接收机里的数据给出导弹类型)以及它们的杀伤距离。
要强调的是玻璃座舱结构在所有现代战斗机中都加以应用了，早期的飞机通过升级很容易就可以改装上玻璃座舱。  f-35的玻璃座舱采用了触控屏技术
头盔式显示器
虽然玻璃座舱很先进并且很有效，作战飞行员还是需要一套可以将作战飞行数据添加到飞行员看到的外部环境图像上去的系统。尽管以全息合成仪衍射光学平视显示器( HUD)可以达到这个功能，但视场(FOV)却相当小。当合成仪成像在宽视角前视红外(FLlR）或LLLN上的图像是穿过黑暗的唯一“窗口”时，这个缺点在夜间任务期间就相当严重。甚至高级的平视显示器也因视场与机身轴线方向相同而不能提供全部视野；每当飞行员转头，这个“窗口”就会消失。另外,平视显示器无疑不能完全地满足具备高度离轴交战能力的最新代空中格斗空对空导弹提供的各种战斗能力。 
很明显，解决问题的答案就在于要将视觉装置与飞行员头盔整合在一起，由于电子元件小型化的不断发展使这个目标现在正成为可能。最简单的实现就是头盔瞄准器(HMS),头盔瞄准器落在飞机传感器和武器传感器均能被飞行员看到的交汇点上。另外，恰当的目标符号可用于警告飞行员其视场之外的目标。第一个可用于作战的此类系统是美国霍尼韦尔公司的AVG-8 VTAS(目视目标捕获系统)，AVG-8 VTAS被安装在美国海军最新的F-4幻影II上。VTAS由大约500个部件组成，但增加的测量飞行员面部和眼部位置的传感器重量(大概0.7-0.8公斤)使飞行员在执行高重力加速度机动任务时非常不舒服，所以这个东西和F-4S一起被淘汰了。
头盔瞄准器开始于八十年代早期，进一步的小型化以及新型材料的使用导致东西方都对头盔瞄准器概念重燃信心，出现了各种各样的模型，除武器瞄准外也能通过比较高级的显示系统给飞行员提供增加的各种数据。一个典型的实例是由埃尔比特公司开发的显示和瞄准头盔(DASH)，DASH应用在以色列空军的F-15、F-16和F-4飞机上。DASH由四个主要的子系统组成：传感器、计算机、控制面板和天线。系统通过位于座舱盖底下的一个小型化发送器和为了测定飞行员头部位置而集成在头盔上的一个接收器来工作。DASH与导航系统、导弹搜寻器、雷达以及平视显示器相连。当将所有的作战模式和手持节流阀与摇杆(HOTAS)控制结合在一起时头盔展示出来的功能有目标定位和目标范围、导弹发射区、飞行资料(飞行速度,海拔高度等等)以及各种预警。DASH是埃尔比特公司第一集成式头盔显示瞄准系统,生产了大约500套。
以DASH的技术和构造为基准, 埃尔比特公司和凯泽宇航公司的合资企业——国际视觉系统公司(VSI)开发出了联合头盔提示系统(JHMCS)，作为主承包商的波音公司将与主要的子承包商国际视觉系统公司一起生产JHMCS。JHMCS已经被美国全线配置在其前线战斗机上(包括F-16、F/A-18、F-15、F-22)，几个其他航空队也采用了JHMCS(包括F-16 MLU升级方案架构)。该系统提供了一种将高度离轴武器标示到操作员视线并确认武器传感器瞄准线的能力，如此这样就可以让飞行员在目标即见时就可以启动、锁定并发射武器。JHMCS综合了一个可弹射的头盔式显示器和相关的光学装置(飞行头盔以轻型HGU-55 A/P头盔为基础)，一个小型化阴极射线管显示器,一个磁接收器单元，一个小型化照相机,一个自动亮度调整传感器和一个微型控制器。
泰雷兹航空电子公司在头盔瞄准器领域也很活跃，在TOPFLIGHT方案下，泰雷兹航空电子公司为战斗机飞行员研发了TOPSIGHT系列产品，为直升飞机飞行员研发了TOPOWL系列产品。TOPOWL系列已被在法国服役的“虎”(TIGER)式武装直升机和NH90 TTH运输直升机以及南非的Rooivalk“石茶隼”武装直升机选用装备。
头盔瞄准系统（HMSs）也是俄国最后一代战斗机（MG-29/35，SU-27/30机型）的一个重要特色，这种俄国式样真正让我们惊叹的是，它显示了不同传感器间的集成。
在头盔瞄准系统发展之初，阴极射线管是唯一可用的显示技术，因此被采用于第一批操作模式。但是，对于装备在每个头盔系统中阴极射线管显示器，它们的尺寸和重量必须要被减小。因此发展出了微缩阴极射线管（1英寸直径），这个尺寸被证明是可以提供最好的光栅成像清晰度和亮度。微缩阴极射线管技术是相对简单的：这个系统通过调节扫描电子束击打磷涂层的强度产生图像。电子束、聚焦线圈、偏转板和磷涂层都是被压缩在一个显像管中。某种类型的直升机（例如：美国AH-64型和意大利A-129型）的机组人员使用单目镜系统，其闪光控制成像来自于一个装配在直升机右前端正好位于右眼前方带有重叠飞行指示的独立的红外成像测温装置光视的最后一个元件是把映像反射到飞行员眼里的组合器。
一般条件下，头盔装备系统基于测量飞行员视线（方位和海拔）变化并把信息转换到飞机传感器（雷达、INS、红外热像仪、目标舱）和武器上的原则。通常是由放射元件（通安装在顶罩）和装在头盔里的微传感器完成转换的。后者能够感应因飞行员头部活动致使发射器所产生磁场中的任何变化，并产生相对信号指引传感器和武器处于正确的方位。其中一种解决办法是需要电子眼发射接收器。头盔瞄准系统的显示信息主要被显示成飞行控制和传感器/武器操纵的基本数据一体化的标线视觉。例如平显（HUD）符号和特性被添加在遥控点（象征符号是同样的）。
头盔集成图示系统包括光源和一套用于组合器玻璃或部分遮护的保护的一般常规型号的光部件。光源通常由一个二极管矩阵（发光二极管，光发射二极管）表示；一个微缩阴极射线管也能被用以获得更好的性能，但是头盔的系统集成更加复杂。
装配可视头盔显现出非常重要的优势，但是抬头显示器（HUD）考虑完善的视野和更好的光度控制即提出以衍射/全息技术替代常规光学。而且，现代头盔瞄准系统也必须能够通过红外热像仪或LLLTV产生成像。这些就是导致头盔瞄准系统被显示器头盔快速赶超的原因。  f-35的头盔显示器
头盔显示器及其发展
头盔显示器可被形容为是一个提供如下功能的系统：
作为飞行和战斗管理的显示信号
受控于最重要的传感器和武器，用于测定飞行员的瞄准线
在所有可视条件下（电子眼传感器）对外映像。
维持传统头盔具有保护飞行员头部和支持无线通信及氧气面罩的功能。
整个头盔的总重量不得超过2千克，最适宜的目标重量应为1.5千克。在这点上唯独最临界的要素就是视野；利用现有技术水平，视野增加10度表明要增加大约200克的重量。这就使得头盔显示器的中心需要尽可能地靠近头部，以减轻长期作战和高空演练对颈椎造成的重压。
早期头盔显示器价格非常昂贵，而且性能不完善（成像不完整，清晰度低，亮度低，对比度差，重量大），但相对技术已取得了长足的进步。正如所知，HADSS是第一代集成头盔系统，其头部追踪器和显示器被设计为一个单独的系统：此系统在美国航空部队的成功应用为新一代集成头盔系统程序的扩大使用做出了极大的贡献。新型头盔显示器的目的就是协助飞行员完成好各个阶段的任务。其中必须完成的操作任务就是在低光线和夜晚或不利天气情况下能够高速低空飞行。此外，现代头盔显示器的另一目标就是将飞行员和飞机及其系统能够有效结合在一起，使之交相呼应。这就使得飞行员要具备情况认知能力，提高完成任务的效率。但是一个现代头盔显示器的设计不单单属于技术问题。还有很多关系连接系统和使用者的一些非常复杂的问题，比如头部的各种活动和面部测量要求头盔显示器在设计上要具有特殊的灵活性。实际上一名头盔显示器的设计者必须研制出能够满足常常错综复杂、有着不同种要求的系统。这些要求如下：
最佳舒适度；
最佳声音保护；
头部活动最自由；
最高清晰度；
距离重心最小偏距；
重量达到最轻；
体积达到最小；
训练要求最少；
视觉范围最广；
头部瞄准和跟踪最精准；
全色成像；
最高亮度和对比度（可自动调整）；
不能出现感官幻觉、光学畸变和象差；
无论任何天气、白天或是夜晚，均能正常工作；
保养度低；
成本低；
由此，我们明显看出一个头盔显示器的设计需要正确的考虑许多物理参数、性能因素和使用时发生的偶然情况。
最新的头盔显示器提供了一个85*125的视野范围，这使得飞行员同时也能够维护常规仪表的控制器。像源可能是分离的个体，也可能被安装在头盔内部；但是当要求高清晰度和广泛视野而使像源直径指示一个独立系统时，通常后者是很容易解决的。头盔像源通常采用单频阴极射线管的形式，其成为性能、重量、直径以及数字滤波器间最好的折衷方式。阴极射线管仍然是用在头盔显示器上的成像源，这是由于其具有低成本、易于使用、可靠性及成像效果好等一些特点。然而，阴极射线管尽管精巧，但还是呈现出一些包括重量、大小、能量需求、正极高压和产生热量等的缺点。由于有这些缺点，所以新型成像源如今正被研制和检测，包括直板显示器、液晶显示器、场致发光显示器、光放射二极管显示器、场发射显示器、真空营光显示器、等离子显示器、电泳显示器和数字微镜显示器。所有这些新型试验系统都大大减小了尺寸、降低了能源和电压要求，降低热量产出和减轻了重量。这些特性使得这些系统非常有利于注重大小、重量和能量等基础要素的头盔显示器的应用。特别是直板显示器技术，因其具有航空头盔显示器的微型成像源，所以非常适合使用。美国国防部高等研究计划局（DARPA）也已资助了一些项目，其目的就是要研制和整合直板显示器技术，并运用于下一代头盔显示器中去。
此外，更多万能头盔显示器渴望具备全彩性能。美国空军试验室的头盔瞄准器加（HSM+）项目已经研制出了一个高级全彩头盔显示器。HSM+实质上是目视寻获暨目标瞄准合一系统（VCATS）的一个全彩版；最终通过减色宽温液晶显示屏成像源会使得这些万能头盔显示器具备全彩性能。减色宽温液晶显示屏技术之所以被选用在这项特殊应用上，是因为它比常规加色宽温液晶显示屏能呈现出更好的像。显示符号同现有的抬头显示器和头盔显示器的符号相似，当然，这对作战飞行员来说是非常熟悉的，同时在标准现代玻璃座舱中，彩色编码也同热激发射彩色编码相似。
我们期待头盔显示器将来能够受益于人工智能和纤维光学透射技术，得到更加进步的发展。这将会致使头盔显示器和传感器更好的结合，数据更新速度更快和数据信息的智能显像。同样，由于飞行员头部活动关联到武器和传感器惯性滞后的问题几乎全部被消除。
F-35闪电II是第一架没有抬头显示器的现代战斗机。事实上，在F-35上，当飞行员向前看或延瞄准线方向看，头盔显示器是作为一个虚拟成像抬头显示器的。脱离瞄准线，头盔显示器会给抬头显示器提供除中波和来自装配在机身周围的一组六个IR传感器（DAS：分布间距系统）近IR成像，加上一个头盔夜视传感器之外的飞机特性和数据，威胁信号和目标指示。头盔显示器把嵌入式低亮度传感器用于夜晚可视，必要时它甚至能够利用DAS成像，显示出360度交叠图像。这个系统显示同现有综合头盔指示系统（JHMCS）一样的符号，但是由两个主动矩阵液晶显示放映器（分别置于头盔两侧）代替阴极射线管，能够分别显示映像和信号。夜视映像通过40*30（水平*垂直）双目视野的光学原理被传递到头盔面部遮护板。其最初原型是一个固定直径为16mm.由ITT和电荷耦合器构成的映像增强显像管。电荷耦合器上的可视信息将会通过头盔外部一只眼上方的光显像管被转换到遮护板。
另一重要技术发展是用于对抗欧洲战场上台风的头盔显示器，其可显示飞行和作战信息给迷失的飞行员。此系统被认定为头盔象征系统（HMSS），在头盔两侧组成双映像增强显像管，提供双目40*30视界的全部交迭映像。（红外热像仪映像也可投射在遮护板上）。头盔显示器使用双遮护结构：一个夜晚操作时的清晰爆炸/显示遮护，另一个是频闪激光眼保护遮护，其可在白天操作时旋转下来。头盔全面集成设计确保了头部保护，生命安全保证和电子眼的兼容，构成了一个在核生物和化学战环境中具有保护功能的全面集成氧气面罩。