當(dāng)前飛機(jī)系統(tǒng)最苛刻的任務(wù)之一是將信息傳遞給飛行員。隨著飛機(jī)飛得更快，戰(zhàn)斗角色變得更加復(fù)雜，環(huán)境變得更加惡劣，需求也變得更大。無(wú)論我們研究現(xiàn)代空戰(zhàn)的哪個(gè)方面，從 ECM 到空戰(zhàn)，信息流顯然都是至關(guān)重要的。

過(guò)去 30 年見(jiàn)證了一系列武器和目標(biāo)獲取系統(tǒng)的發(fā)展，其中每一個(gè)都有非常特殊的方式來(lái)表達(dá)它們必須說(shuō)的話。雷達(dá)是最明顯的例子。從只能勉強(qiáng)分辨近距離目標(biāo)的簡(jiǎn)陋設(shè)備，發(fā)展到可以覆蓋大量空間、在雜波和反制措施存在的情況下，可以跟蹤和識(shí)別多個(gè)目標(biāo)的階段。這說(shuō)明了不斷變化的需求 - 三十年前，操作員會(huì)直接從他的示波器的回報(bào)中解釋目標(biāo)的行為 - 現(xiàn)在這幾乎是不可能的。

傳統(tǒng)駕駛艙幾乎無(wú)法滿足當(dāng)代空戰(zhàn)的所有要求。盡管儀表的位置可能很好，飛行員仍必須將視線從目標(biāo)上移開(kāi)并重新聚焦到儀表板的平面上。這除了增加反應(yīng)時(shí)間外，還讓敵人有機(jī)會(huì)突破它——在那一瞬間的高 g 轉(zhuǎn)彎很可能會(huì)使目標(biāo)超出視野。必須在許多不同儀器的表面上找到信息本身這一事實(shí)無(wú)濟(jì)于事，就像解讀雷達(dá)圖像需要時(shí)間一樣。

一種可能的解決方案是攜帶后座。他可以監(jiān)視敵機(jī)并使用雷達(dá)，就像在 F-4 中一樣。事實(shí)上，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)希望其所有 F-18 都以雙座形式交付。另一方面，后座飛機(jī)以燃料、有效載荷/航程、可靠性和成本為代價(jià)。

另一種可能的解決方案，除了讓自己被擊落之外，還需要以一種有助于而不是阻礙他的方式向飛行員提供所有相關(guān)信息。如果我們檢查有問(wèn)題的信息，我們基本上可以將其分為兩組——關(guān)鍵信息和狀態(tài)信息。關(guān)鍵信息包含給定時(shí)刻的所有重要信息，例如空速、高度、馬赫數(shù)、姿態(tài)、重力載荷、炮術(shù)信息、目標(biāo)參數(shù)等。

狀態(tài)信息涵蓋僅偶爾或僅在需要時(shí)查看的內(nèi)容，例如，燃料、彈藥、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、外部存儲(chǔ)、ECM、戰(zhàn)術(shù)/雷達(dá)信息等。這些組中的每一個(gè)都有其特殊要求推介會(huì)。

關(guān)鍵信息必須呈現(xiàn)在飛行員的視野中，使他能夠?qū)Ｗ⒂谕獠渴澜纭Ｋ@示的形式必須易于理解，以節(jié)省時(shí)間，并且必須對(duì)其進(jìn)行布置，以免在射擊過(guò)程中弄亂目標(biāo)占據(jù)的區(qū)域。

狀態(tài)信息需要組織。它必須易于訪問(wèn)且再次保持整潔，以最大程度地減少解釋中的錯(cuò)誤。沒(méi)有什么比盯著一堆毫無(wú)意義的數(shù)字更糟糕的了，尤其是當(dāng)你試圖找出哪里出了問(wèn)題的時(shí)候。顯示狀態(tài)類型信息的系統(tǒng)必須是靈活的，以適應(yīng)系統(tǒng)和角色的變化。

平視顯示器 (HUD) 和平視顯示器 (HDD) 都是為滿足這些需求而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，都經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的開(kāi)發(fā)，并且最初都是作為專用武器系統(tǒng)的一部分設(shè)計(jì)的，之前到他們更普遍的應(yīng)用。

硬盤

低頭顯示器最初是作為雷達(dá)顯示器開(kāi)始使用的。到 60 年代末，雷達(dá)開(kāi)始同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)示波器不太適合顯示字母數(shù)字、符號(hào)和數(shù)字信息的任務(wù)。選擇了另一種選擇 - 電視中使用的 CRT。（參見(jiàn) CRT 部分。）在此應(yīng)用中，HDD 顯示來(lái)自與雷達(dá)及其處理電路相連的武器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的信息。進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)需要一臺(tái)小型、緊湊的計(jì)算機(jī)，它將 HDD 從武器系統(tǒng)中解放出來(lái)，并使其能夠涵蓋其他功能。微處理器芯片滿足了這一需求，70 年代 HDD 接管了其他任務(wù)。目前的應(yīng)用范圍很廣。HDD 用于顯示電視類型的圖像 - 通常是 A-7、B-52、A-10（雙座）、F-18A（攻擊）或低光電視 (LLTV) 上使用的 FLIR 紅外攝像機(jī)在 A-10 雙座飛機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。Hughes TRAM（目標(biāo)識(shí)別和攻擊多傳感器）也使用 HDD 來(lái)顯示其圖像。

雷達(dá)圖片也可以顯示，這只是一個(gè)處理電子設(shè)備的問(wèn)題。

與 F-18 一樣，符號(hào)學(xué)是 HDD 的原始任務(wù)，已通過(guò)數(shù)字和字母數(shù)字信息得到補(bǔ)充。

HDD/CRT 的較新用途之一是顯示姿態(tài)信息——直接替代人工地平線。其他儀表讀數(shù)，例如高度、航向、空速也可以組合在這種類型的顯示中，使飛行員一眼就能看到他必須從整個(gè)面板收集的所有信息。這種類型的顯示器將主導(dǎo) 80 年代的客機(jī)駕駛艙。當(dāng)前最著名的應(yīng)用是航天飛機(jī)軌道飛行器駕駛艙，它使用大量 CRT 顯示器，用于顯示關(guān)鍵信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息。系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)了可靠性，因?yàn)樾畔⒖梢詡魉偷饺魏物@示器，從而可以簡(jiǎn)單地繞過(guò)有故障的顯示器。

這種系統(tǒng)固有的適應(yīng)性賦予了它美好的未來(lái)，與在面板上添加另一個(gè)表盤的傳統(tǒng)方式相反，當(dāng)空間用完時(shí)，這種方式確實(shí)變得有點(diǎn)難以處理。希望 CRT 永遠(yuǎn)不會(huì)用完空間。

抬頭顯示器

平視顯示器是準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)具的弟弟，一般來(lái)說(shuō)，與它有很多共同點(diǎn)。準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)器將聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)的瞄準(zhǔn)具十字線疊加在目標(biāo)上，目標(biāo)也有效地處于無(wú)限遠(yuǎn)。

在 HUD 中，發(fā)光的十字線被 CRT 取代，這使得符號(hào)投影成為可能。

CRT 屏幕上的圖像由透鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直（無(wú)限遠(yuǎn)聚焦），然后由組合器反射。組合器是一塊部分反射（鍍膜）玻璃板，因此，它將允許一些外部光通過(guò)它，并且還會(huì)反射透鏡系統(tǒng)投射到其上的部分光。以這種方式，可以同時(shí)查看外部圖像和投影圖像。

HUD 中要考慮的兩個(gè)最重要的因素是它的視野 (FOV) 和它的透光能力，或透射率。這些因素通常與其他要求相沖突，因此需要特別注意。瞬時(shí)視場(chǎng) (IFOV) 是飛行員在沒(méi)有頭部運(yùn)動(dòng)的情況下可用的可見(jiàn)角度，由飛行員頭部的光學(xué)和位置給出。

IFOV 隨與光學(xué)器件的距離而減小，并隨著鏡頭（光學(xué)器件/CRT）的直徑而增加，因此 HUD 必須盡可能靠近飛行員的頭部。不幸的是，距離是由駕駛艙配置決定的一個(gè)因素，尤其是彈射間隙線，因此無(wú)法更改，使 HUD 距離飛行員頭部 40 至 75 厘米。組合器支架和擋風(fēng)玻璃/頂篷框架可能會(huì)導(dǎo)致 FOV 的進(jìn)一步損失。光學(xué)器件和 CRT 的可用空間有限，進(jìn)一步限制了 HUD 的 FOV，證明成功的系統(tǒng)必須是一個(gè)很好的折衷方案。

合成器和擋風(fēng)玻璃的傳輸性是另一個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的厚擋風(fēng)玻璃以相當(dāng)銳角放置，只能傳輸通過(guò)它們的大約 60% 的光線。具有 30% 反射率的組合器將允許大約 70% 的光通過(guò)它，留下大約 40% 的外部物體亮度。在邊際能見(jiàn)度的條件下，這很可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和錯(cuò)過(guò)目標(biāo)之間的差異。

降低組合器的反射率可能有所幫助，但這反過(guò)來(lái)又會(huì)要求增加 CRT 的亮度，這并不是真正可取的，因?yàn)楦吡炼?CRT 磨損得更快，更容易出現(xiàn)故障并且通常無(wú)法提供清晰的顯示效果圖片。如果我們成功地消除了這些問(wèn)題，另一個(gè)問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)——太陽(yáng)落在桶下。太陽(yáng)光的光線接近平行，如果 HUD 的軸與其對(duì)齊（太陽(yáng)直接在頭頂上方），可能會(huì)造成困難，因?yàn)樗鼤?huì)穿透組合器并將自身聚焦在磷光體上（透鏡到 CRT = 焦距）并燃燒它，如果暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。第一個(gè)可見(jiàn)的癥狀是視野中間有一個(gè)綠色的球。

光學(xué)帶通濾光片是一種補(bǔ)救措施，它們可以在不影響圖像的情況下限制通過(guò)的陽(yáng)光量。

HUD 的主要功能是射擊，該設(shè)備的靈活性允許比通常的穩(wěn)定或目標(biāo)引導(dǎo)更多?？梢詷?biāo)記 FOV 中的目標(biāo)（例如，在 F-15 中用方框），或者可以顯示它們的參數(shù)，可以顯示提示標(biāo)記以幫助與目標(biāo)對(duì)齊，如果是地面目標(biāo)，可以識(shí)別激光點(diǎn)。FLIR 和 LLTV 圖像可以疊加在真實(shí)世界的 FOV 上，以協(xié)助夜間/邊緣能見(jiàn)度低空飛行。

可以顯示雷達(dá)探測(cè)到的地形輪廓，幫助飛行員進(jìn)行地形掩蔽。隨著雷達(dá)和圖像處理技術(shù)的改進(jìn)，與目標(biāo)相關(guān)的功能的數(shù)量非常多，并且會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加。HUD 的第二個(gè)基本功能是顯示姿態(tài)和飛行參數(shù)信息，它可以用與 HDD 非常相似的方式來(lái)顯示，具體形式取決于所涉及的電子設(shè)備。

HUD 是迄今為止設(shè)計(jì)的向飛行員獲取信息的最通用的方法之一，它的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)未結(jié)束。未來(lái)的直接擋風(fēng)玻璃投影、衍射光學(xué)和先進(jìn)的全息技術(shù)表明最好的還沒(méi)有到來(lái)，我們可以期待一些非常有能力的系統(tǒng)在二十一世紀(jì)的駕駛艙中取而代之。

最先進(jìn)的電子技術(shù)已經(jīng)并將成為決定顯示系統(tǒng)性能的主要因素。目前，陰極射線管占據(jù)主導(dǎo)地位，沒(méi)有其他激烈的競(jìng)爭(zhēng)——使用發(fā)光二極管 (LED) 矩陣的設(shè)備已被成功試用，但它們有兩個(gè)缺點(diǎn)，亮度低，對(duì)比度差，圖片元素（像素）密度不足 [編者注 2005：現(xiàn)在新興的發(fā)光聚合物技術(shù)可能解決的問(wèn)題]。

雖然后者會(huì)及時(shí)克服，但前者是 LED 的固有屬性，可能會(huì)造成一些困難。

液晶 (LCD) 設(shè)備面臨著與 LED 面板類似的像素密度問(wèn)題，但它們的主要缺點(diǎn)是在柔和的照明下對(duì)比度低且響應(yīng)緩慢。

氣體放電裝置也已經(jīng)過(guò)測(cè)試，像素密度和振動(dòng)敏感性是主要障礙。

CRT 盡管年代久遠(yuǎn)，但仍然堅(jiān)守陣地。陰極射線管是一種熱電子器件，是一種真空管，帶有熒光涂層屏幕、高壓陽(yáng)極涂層和電子槍（見(jiàn)圖）。電子槍 (EG) 用作陰極射線源，陰極射線是一束加速電子。電子從槍內(nèi)的電加熱陰極發(fā)射，然后加速并聚焦成窄束。離開(kāi)電子槍后，光束會(huì)偏轉(zhuǎn)并最終在高壓下加速，直到它到達(dá)熒光屏 P。熒光粉吸收電子的動(dòng)能并將其重新輻射為可見(jiàn)光。通過(guò)偏轉(zhuǎn)光束，我們可以在 CRT 的表面繪制圖像，通過(guò)控制光束中的電子數(shù)量，我們可以改變其亮度。

用于最終加速的高壓通常是幾千到一萬(wàn)伏的數(shù)量級(jí)，這取決于管子的具體類型。它應(yīng)用于管內(nèi)的導(dǎo)電石墨涂層，通常由特殊的高壓電源產(chǎn)生。光束偏轉(zhuǎn)可以通過(guò)磁場(chǎng)或電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐中通常選擇靜電偏轉(zhuǎn)，因?yàn)樗亩喙δ苄浴?/p>

圖像的顏色和亮度取決于所使用的熒光粉 - 可以使用多種顏色，如果管是光束穿透型，這些顏色將彼此疊加，顏色由光束加速給出。

如果燈管是面罩型，則每種顏色都有一把槍，屏幕前有一個(gè)穿孔面罩，熒光元件，每種顏色一個(gè)，在穿孔處分組。詳細(xì)的解釋超出了本文的范圍，只要說(shuō)可以混合原色就足夠了，因此可以涵蓋大部分顏色范圍。

最后要檢查的一點(diǎn)是如何繪制圖像。原則上，有兩個(gè)系統(tǒng)，以線掃描管的整個(gè)表面并通過(guò)改變線的亮度或通過(guò)使用全亮度光束跟蹤圖像來(lái)創(chuàng)建圖像。前者系統(tǒng)用于電視，最適合顯示雷達(dá)或紅外/電視圖像，后者用于符號(hào)系統(tǒng)，通常用于 HUD 應(yīng)用程序。

CRT 由于其簡(jiǎn)單性和良好的性能，將在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍然是最常見(jiàn)的 HDD 系統(tǒng)，直到找到一個(gè)有價(jià)值的繼任者。

F-14 Tomcat 是一款令人印象深刻的戰(zhàn)斗機(jī)，盡管它的年齡很大，并且在一段時(shí)間內(nèi)仍將是一個(gè)強(qiáng)大的對(duì)手。其性能將通過(guò)計(jì)劃中的 F101DFE 發(fā)動(dòng)機(jī)改造得到提升，升級(jí)后的 AIM-54C Phoenix 也將對(duì)整體系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響?？赡懿粸槿怂氖?，F(xiàn)-14 已經(jīng)進(jìn)行了一項(xiàng)重要的重新設(shè)計(jì)和改裝，即 HUD 系統(tǒng)。

最初的 F-14 HUD 是 HUD 設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)方法的典型示例，因此它存在幾個(gè)主要缺陷。組合玻璃相對(duì)于擋風(fēng)玻璃以 3.6 度的角度放置，該位置由駕駛艙的配置決定，無(wú)法更改。

這導(dǎo)致了 HUD 符號(hào)系統(tǒng)和外部亮光（例如，跑道燈）的多次反射（幻影）。擋風(fēng)玻璃本身內(nèi)的導(dǎo)電加熱層的進(jìn)一步反射使情況變得復(fù)雜，格魯曼公司的工程師通過(guò)移除導(dǎo)電層迅速消除了第二個(gè)反射源，但這導(dǎo)致更多的光穿過(guò)擋風(fēng)玻璃，從而增加了現(xiàn)有重影的亮度圖像，使它們更煩人。

消除所有重影至關(guān)重要，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定采用一種新穎的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。原來(lái)的組合器被移除，其功能由擋風(fēng)玻璃本身接管。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須修改光學(xué)器件，旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件以補(bǔ)償組合器和擋風(fēng)玻璃之間的角度差異看似簡(jiǎn)單的解決方案是不夠的，因?yàn)樯傻膱D像超出了飛行員的 FOV。

進(jìn)一步的變化涉及擋風(fēng)玻璃，它加厚了 1.25 厘米，以增加 FOV 并消除由于加壓或空氣動(dòng)力載荷下的膨脹而導(dǎo)致的任何可能的錯(cuò)誤。

隨著光傳輸?shù)母倪M(jìn)，太陽(yáng)落在桶上成為一個(gè)更大的問(wèn)題，并且用一個(gè)額外的濾光器，一個(gè)圓偏振器來(lái)抵消它。最后一個(gè)要克服的主要問(wèn)題是 HUD 與飛機(jī)軸線的對(duì)齊，原來(lái)的組合玻璃調(diào)整是不可能的。使用“硬支架”，無(wú)需重新對(duì)準(zhǔn)即可更換裝置。飛機(jī)上的支架在生產(chǎn)過(guò)程中永久對(duì)齊，就像光學(xué)器件在制造過(guò)程中與它們的支架對(duì)齊一樣。

結(jié)果是性能遠(yuǎn)優(yōu)于原始設(shè)計(jì)的 HUD 系統(tǒng)。沒(méi)有任何組合器支撐結(jié)構(gòu)改善了飛行員的一般 FOV 并有助于維護(hù)，因?yàn)榭梢愿玫亟咏{駛艙的光學(xué)系統(tǒng)和前部。

系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性增強(qiáng)了可靠性。唯一需要考慮的真正缺點(diǎn)是 FOV 略微降低，然而，這是 F-14 駕駛艙幾何形狀給出的一個(gè)因素，并不是 HUD 的錯(cuò)。

擋風(fēng)玻璃投影 HUD 很可能會(huì)在對(duì)地攻擊機(jī)中找到應(yīng)用，因?yàn)槠矫嫜b甲擋風(fēng)玻璃是此類飛機(jī)的通常設(shè)計(jì)考慮因素。

迄今為止，HUD 和 HDD 系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)為特定武器系統(tǒng)的一部分，例如雷達(dá)或作為它們自己的一個(gè)單元。這種方法通常會(huì)導(dǎo)致駕駛艙布局零散，HUD/HDD 組合可以提供的所有優(yōu)勢(shì)可能無(wú)法利用。最終目標(biāo)是將所有重要信息和控制集中在飛行員的視野內(nèi)，以一種能夠在任務(wù)模式（地面攻擊到混戰(zhàn)、雷達(dá)搜索掃描到混戰(zhàn)等）之間實(shí)現(xiàn)近乎即時(shí)轉(zhuǎn)換的方式。

F-18 駕駛艙目前最接近該理想。美國(guó)海軍更換 F-4/A-7 的要求相當(dāng)苛刻——F-18 必須承擔(dān) F-4 的空中優(yōu)勢(shì)/防御角色和專用 A-7 的打擊角色。與 F-17 相比，F(xiàn)-18 的機(jī)身盡管有所擴(kuò)大，但空間仍然不足，僅占 A-7 或 F-4 駕駛艙面積的 40%。這些因素需要采用新概念。F-18 的駕駛艙有四個(gè)計(jì)算機(jī)輔助顯示器，一個(gè)抬頭，一個(gè)抬頭，它還有一個(gè)前置控制面板 (UFC)，結(jié)合了通信和導(dǎo)航/自動(dòng)駕駛儀功能，以及一些自動(dòng)武器/安裝在油門和操縱桿上的目標(biāo)獲取控制裝置（手動(dòng)油門和操縱桿控制概念，專為纏斗而設(shè)計(jì)-HOTAS）。

最上面（見(jiàn)圖），兩個(gè) HDD 和 CRT，左邊是主監(jiān)視器顯示器，處理警告/警告、武器裝備、系統(tǒng)狀態(tài)、便簽本和 FLIR/LLTV 功能，右邊是多功能顯示器，處理雷達(dá)圖像并且是 MMD 的備份。第三個(gè) HDD 是水平態(tài)勢(shì)顯示器，這是一種極其通用的設(shè)備，可將位置/飛行路徑符號(hào)疊加在移動(dòng)地圖顯示上，作為導(dǎo)航和戰(zhàn)術(shù)輔助（HSD 內(nèi)部包含一個(gè) 35 毫米投影儀和一個(gè) CRT 組合器，就像在 HUD 中；除了從存儲(chǔ)地圖開(kāi)始，35 毫米膠卷可能有數(shù)百幀飛機(jī)系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)、進(jìn)近圖等）。

HSD 還可以將 FLIR/雷達(dá)圖像疊加在地圖上，它還可以作為 MMD 和 MFD 的備份。HUD 和 HSD 均由 MMD 或 MFD 驅(qū)動(dòng)，而 MMD 或 MFD 又由兩臺(tái)任務(wù)計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供了足夠的冗余來(lái)克服任何故障，在不太可能發(fā)生的完全故障的情況下，提供了一組備用儀器。所有三個(gè) HDD 都有一個(gè)共同的面布局，由圍繞其外圍的二十個(gè)模式編程按鈕給出，這減少了出錯(cuò)的可能性。

HUD 除了在武器投送和射擊方面的功能外，還顯示姿態(tài)和飛行數(shù)據(jù)。操縱桿上的武器選擇器開(kāi)關(guān)自動(dòng)將雷達(dá)和 HUD 調(diào)節(jié)到所選武器的參數(shù)（響尾蛇/麻雀/M61），操縱桿上安裝的自動(dòng)鎖定開(kāi)關(guān)允許瞄準(zhǔn)線、HUD 視野或偏離瞄準(zhǔn)線的鎖定.?安裝在油門上的目標(biāo)指示器控制器可以快速更改雷達(dá)參數(shù)。這三個(gè)控制裝置允許飛行員在雙手不離開(kāi)控制裝置的情況下進(jìn)行視覺(jué)或傳感器輔助交戰(zhàn)，這是戰(zhàn)斗飛行員應(yīng)該欣賞的一個(gè)因素。

這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是它的多功能性，因?yàn)轱@示器的操作模式是由外部編程指定的，顯示的圖像取決于從中獲取圖像的傳感器。未來(lái)的應(yīng)用程序?qū)?qiáng)調(diào)這些要點(diǎn)，因?yàn)楹苊黠@，集成駕駛艙系統(tǒng)將繼續(xù)存在。

傳統(tǒng) HUD 的最大缺點(diǎn)是其固有的小視野，這取決于光學(xué)器件/CRT 組件的直徑，因?yàn)樯婕暗牧硪粋€(gè)因素，即合成器和飛行員眼睛之間的距離，由駕駛艙配置決定。使用更大直徑的準(zhǔn)直器/CRT 系統(tǒng)的看似簡(jiǎn)單的解決方案是不切實(shí)際的，如果沒(méi)有其他原因，只是涉及的絕對(duì)重量和尺寸。衍射光學(xué)是解決這個(gè)問(wèn)題的一種可能方法。衍射的物理現(xiàn)象已經(jīng)為人所知有一段時(shí)間了，為了以后的理解，我們將檢查衍射光柵的行為。衍射光柵是一塊透明材料板，其一側(cè)覆蓋有緊密間隔、平行、不透明線（間距等于所涉及光的幾個(gè)波長(zhǎng)）。如果我們通過(guò)光柵照射光，就會(huì)發(fā)生一種稱為干涉的效應(yīng)。我們可以通過(guò)光柵觀察單色（一種顏色波長(zhǎng)）光源來(lái)觀察這一點(diǎn)。除了實(shí)際圖像，我們還將看到一系列疊加在背景上的逐漸褪色的圖像。

對(duì)于水平光柵，這些位于實(shí)際圖像的上方和下方。在衍射 HUD 中沒(méi)有準(zhǔn)直透鏡，該功能由組合器本身接管。這簡(jiǎn)化了系統(tǒng)并減輕了重量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更大的視野。衍射 HUD 的組合器是一個(gè)曲面（球面）；它的表面還有一個(gè)衍射光柵型圖案，實(shí)際上是看不見(jiàn)的。如果將單色光源置于組合器的光焦點(diǎn)中，衍射將使組合器反射光源的光（以特定角度），并且其曲率將準(zhǔn)直光源的圖像。以這種方式，組合器用作 CRT 投影圖像的準(zhǔn)直器，同時(shí)對(duì)來(lái)自外部世界的光保持透明。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，這種配置具有許多優(yōu)點(diǎn)。除了 FOV 之外，衍射系統(tǒng)需要更少的光來(lái)實(shí)現(xiàn)相同或更好的亮度 - 傳統(tǒng)設(shè)備中使用的部分反射沒(méi)有損失，這反過(guò)來(lái)意味著低功率 CRT，具有它們的所有優(yōu)點(diǎn)。消除組合器的反射率還意味著，更多的光可以通過(guò)組合器，從而提高邊緣條件下的能見(jiàn)度。一年中大部分時(shí)間的能見(jiàn)度低是歐洲戰(zhàn)區(qū)的標(biāo)志 - 這是美國(guó)空軍決定將其 F-16 和 A-10 部隊(duì)升級(jí)到全天候/晝夜標(biāo)準(zhǔn)的主要原因，這是通過(guò)HUD 改造與 FLIR 相機(jī)的安裝相結(jié)合。LANTIRN——夜間低空紅外目標(biāo)導(dǎo)航——的合同授予了馬可尼航空電子公司。不幸的是，在這個(gè)階段，很少有關(guān)于 LANTIRN HUD 的發(fā)布，它將能夠在電視光柵掃描中顯示廣角 FLIR 圖像，同時(shí)顯示傳統(tǒng)的符號(hào)系統(tǒng)。從照片上看，LANTIRN HUD 通過(guò)反射玻璃使用 CRT 圖像的背投，這與 Hughes 測(cè)試的早期“DHUD”不同，后者使用正面投影。很明顯，衍射 HUD 與傳統(tǒng) HUD 相比具有一系列優(yōu)勢(shì) - 衍射系統(tǒng)很可能會(huì)主導(dǎo)未來(lái)的設(shè)計(jì)。它將能夠在電視光柵掃描中顯示廣角 FLIR 圖像，同時(shí)顯示傳統(tǒng)的符號(hào)系統(tǒng)。從照片上看，LANTIRN HUD 通過(guò)反射玻璃使用 CRT 圖像的背投，這與 Hughes 測(cè)試的早期“DHUD”不同，后者使用正面投影。很明顯，衍射 HUD 與傳統(tǒng) HUD 相比具有一系列優(yōu)勢(shì) - 衍射系統(tǒng)很可能會(huì)主導(dǎo)未來(lái)的設(shè)計(jì)。它將能夠在電視光柵掃描中顯示廣角 FLIR 圖像，同時(shí)顯示傳統(tǒng)的符號(hào)系統(tǒng)。從照片上看，LANTIRN HUD 通過(guò)反射玻璃使用 CRT 圖像的背投，這與 Hughes 測(cè)試的早期“DHUD”不同，后者使用正面投影。很明顯，衍射 HUD 與傳統(tǒng) HUD 相比具有一系列優(yōu)勢(shì) - 衍射系統(tǒng)很可能會(huì)主導(dǎo)未來(lái)的設(shè)計(jì)。

原作者：Australian Aviation & Defence Review, March, 1981by Carlo Kopp

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