飛機駕駛艙光環境仿真測評系統及方法
2023-07-23 15:58:36 2
專利名稱：飛機駕駛艙光環境仿真測評系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種飛機駕駛艙光環境仿真測評系統及方法。
背景技術：
隨著現代飛機性能的逐漸提高，對飛機座艙儀表顯示界面所能呈現的信息的要求也越來越高。為保證飛機的飛行安全和駕駛員的操縱績效，飛機座艙顯示界面必須在全天候的視覺環境下保持理想的顯示效果和視覺工效。在傳統飛行器設計流程中，駕駛艙信息顯示系統的設計驗證往往需要在樣機模型搭建完成甚至是飛行試驗之後才能進行，這給早期設計工作帶來困難。一旦發現問題，必須重新進行設計，再次建模試飛，這樣給人力、物力造成了很大的浪費，並大大延長了開發周期。基於上述情況，設計出一套能夠真實模擬駕駛艙全天候光照條件的仿真裝置，能夠在駕駛艙顯示界面設計階段對顯示系統的全天候視覺效果進行測評，並依據國家軍用標準和行業標準中的相關內容給出測評結果，從而指導座艙信息顯示界面設計。
發明內容
本發明提供了一種飛機駕駛艙光環境仿真測評系統，其包括兩個子系統1.駕駛艙光環境模擬仿真系統，用於對駕駛艙真實光照環境進行仿真；2.駕駛艙信息顯示界面測評系統，用於測評駕駛艙信息顯示界面視覺工效，其包括兩個子模塊，分別是對比率測評系統模塊，用於計算信息顯示界面的顯示對比率並進行對比率測評；和可讀性測評系統模塊，用於計算信息顯示界面的顏色解析度並進行可讀性測評。本發明的優點包括(1)提供一種模擬駕駛艙真實光照環境的仿真裝置，在整個飛行模擬器上加裝一個遮光罩，隔絕了外界光線對整個仿真裝置的幹擾，使用內建的照明系統真實模擬飛行過程中可能遇到的光環境，可以模擬駕駛艙在不同光照條件下的天空散射光以及太陽光環境。(2)提供一種駕駛艙顯示界面視覺工效測評系統，藉助光照環境模擬裝置，在進行簡單的操作後就能夠對顯示界面在不同飛行環境下的視覺工效進行測評。(3)與傳統的飛行器駕駛艙顯示界面設計相比，採用本發明能夠在飛機座艙設計的初期階段提早發現存在的不足並進行改進，從而減少人力、物力的浪費，縮短研發周期， 降低設計成本，並直接指導飛機座艙顯示界面設計。根據本發明的一個方面，提供了一種駕駛艙光環境仿真測評系統，其特徵在於包括駕駛艙模擬仿真系統，用於模擬駕駛艙的飛行環境；駕駛艙光環境模擬仿真系統，用於將駕駛艙環境調節為預定的標準測試光環境；駕駛艙信息顯示界面測評系統，用於對該環境下的顯示界面的視覺工效進行測評。根據本發明的一個進一步的方面，提供了一種駕駛艙光環境仿真測評方法，其特徵在於包括將模擬駕駛艙的飛行環境設置為預定的標準測試光環境；用亮度計測量三次顯示器界面中白色圖形和數字圖像的亮度並記錄數據，計算所測亮度的平均值，記為白色圖形和數字圖像的亮度值，用亮度計測量三次顯示器界面的背景區亮度並記錄數據，計算所測亮度的平均值，記為背景區亮度值，得出該環境下的顯示界面對比率，將顯示界面對比率與該測評指標數據進行比較，從而得出測評結果。
圖1為根據本發明的一個實施例的駕駛艙光環境仿真測評系統模塊配置圖。圖2為根據本發明的一個實施例的駕駛艙光環境仿真測評系統工作總流程圖。圖3為根據本發明的一個實施例的駕駛艙光環境模擬仿真系統工作流程圖。圖4為根據本發明的一個實施例的駕駛艙信息顯示界面測評系統工作流程圖。圖5為根據本發明的一個實施例的信息顯示界面對比率測評系統模塊工作流程圖。圖6為根據本發明的一個實施例的信息顯示界面可讀性測評系統模塊工作流程圖。圖7為根據本發明的一個實施例的駕駛艙光環境模擬仿真系統結構示意圖，圖 7A、7B、7C分別為該結構的左視圖、頂視圖和後視圖。
具體實施例方式為提高飛機座艙信息顯示界面的設計質量，縮短研製周期，降低成本，本發明提供了一種具有飛機座艙信息顯示界面顯示特性測試功能的駕駛艙光環境模擬仿真測評系統， 該系統能夠模擬駕駛艙真實光環境，並能測評信息顯示界面在真實光環境下的視覺工效。根據本發明的一個實施例的飛機駕駛艙光環境仿真測評系統對駕駛艙信息顯示設備的顯示界面視覺工效是否符合設計規範進行測評。如圖1所示，駕駛艙光環境仿真測評系統的總體構成包括駕駛艙模擬仿真系統(1)、駕駛艙光環境模擬仿真系統(2)和駕駛艙信息顯示界面測評系統(3)。駕駛艙信息顯示界面測評系統(3)包括信息顯示界面對比率測評系統模塊(301)和信息顯示界面可讀性測評系統模塊(302)。如圖2所示，駕駛艙光環境仿真測評系統首先使用駕駛艙模擬仿真系統(1)模擬駕駛艙的正常飛行環境(步驟11)，再使用駕駛艙光環境模擬仿真系統(2)將駕駛艙環境調節為預定的標準測試光環境，接著使用駕駛艙信息顯示界面測評系統C3)對該環境下的顯示界面的視覺工效進行測評(步驟12)，最終給出信息顯示界面在真實光環境下的視覺工效的測評結果(步驟13)。如圖3所示，駕駛艙光環境模擬仿真系統(2)工作流程如下，首先開啟整個光環境模擬仿真裝置的總電源開關(步驟21)，調節空調(411)溫度直到駕駛艙的環境溫度
5達到測評預定溫度值(步驟22)，再使用調光開關(40 調節環境光模擬設備(406-408) 的亮度，直到整個駕駛艙的照度達到預定標準(如《機載有源矩陣液晶顯示器通用規範》 (GJB5187-2003)中3. 8. 3. 1規定的標準照度值215281x (2000fc))(步驟23)。然後，調節駕駛艙太陽光模擬用射燈組(409-410)的照射方向並使用調光開關(402)調節太陽光模擬設備009-410)的亮度，直到整個駕駛艙的模擬太陽光鏡面角亮度標準值達到《機載有源矩陣液晶顯示器通用規範》(GJB5187-2003)中3. 8. 3. 1規定的標準亮度值6852cd/m2 QOOOfl) (步驟Μ)，這樣便完成了駕駛艙測評用標準光環境的模擬仿真調節。如圖4所示，駕駛艙信息顯示界面測評系統(3)在調節駕駛艙光環境模擬仿真系統使駕駛艙光環境達到標準規定時，使用對比率測評系統模塊(301)進行信息顯示界面對比率測評(步驟31)，在相同的光照環境下使用可讀性測評系統模塊(30 接著進行顯示界面可讀性測評(步驟32)，最後顯示測評結果(步驟33)。如圖5所示的是信息顯示界面對比率測評系統模塊(301)的工作流程，其中在調節駕駛艙光環境模擬仿真系統使駕駛艙光環境達到預定標準後，打開飛行模擬器並顯示預定的實驗界面(步驟311)，然後用亮度計測量三次顯示器界面中白色圖形和數字圖像的亮度並記錄數據(步驟31 ，計算所測亮度的平均值，記為白色圖形和數字圖像的亮度值(步驟31 ；接著用亮度計測量三次顯示器界面的背景區亮度並記錄數據(步驟314)，計算所測亮度的平均值，記為背景區亮度值(步驟31 。依據《機載有源矩陣液晶顯示器通用規範》(GJB5187-2003)中3. 8. 5. 1的規定，對比率的計算方法為CR = LtAb = (Ls+Lb)/Lb...........................(I)式中CR表示對比率；Lt表示在規定環境條件下被測區域字符總亮度，單位為坎特拉每平方米(cd/m2) ；Lb表示在與Lt測量相同環境條件下背景區亮度，單位為坎特拉每平方米(cd/m2) ;LS表示在黑暗環境下被測區域的字符亮度，單位為坎特拉每平方米(cd/m2)。依據此原理，白色圖形和數字圖像的亮度值為Lt，背景區亮度值為Lb。將以上數據帶入公式(I)進行計算，就可以得出該環境下的顯示界面對比率(步驟316)。依據《機載有源矩陣液晶顯示器通用規範》(GJB5187-200;3)中3.8.5. Ia)的規定，在整個顯示器顯示界面觀察角75%範圍內，白色圖形和字母數字圖像的對比率不小於5.0，將顯示界面對比率與該測評指標數據進行比較(步驟317)，最後得出測評結果。如圖6所示為信息顯示界面可讀性測評系統模塊(302)的工作流程，其中在調節駕駛艙光環境模擬仿真系統使駕駛艙光環境達到預定標準後，打開飛行模擬器並顯示預定的實驗界面(步驟321)，用亮度計和光譜輻射計測量三次目標顏色的亮度值和在1960CIE 色度空間上的顏色坐標並記錄數據(步驟322)，計算它們的平均值並記為目標顏色的亮度值和顏色坐標(步驟32 ，接著測量三次背景顏色的亮度值和在1960CIE色度空間上的顏色坐標並記錄數據(步驟324)，計算它們的平均值並記為背景顏色的亮度值和顏色坐標 (步驟325)。依據《民用飛機電子顯示系統通用規範》(HB6556-91)中5. 6. 1的規定，在座艙所有照明條件下，從設計眼睛觀察包絡範圍內觀察顯示器，所顯示的字符應清晰可讀。為此，顯示器應有足夠的對比率，對於彩色電子顯示器，應保證顏色分辨指數為1或更大。顏色分辨指數(ID)是目標顏色和背景顏色的亮度值的綜合指標，計算公式如下ID = 一IDL2 +IDC2 .................. (II)
權利要求
1.一種駕駛艙光環境仿真測評系統，其特徵在於包括駕駛艙模擬仿真系統(1)，用於模擬駕駛艙的飛行環境；駕駛艙光環境模擬仿真系統O)，用於將駕駛艙環境調節為預定的標準測試光環境； 駕駛艙信息顯示界面測評系統(3)，用於對該環境下的顯示界面的視覺工效進行測評。
2.根據權利要求1的駕駛艙光環境仿真測評系統，其特徵在於駕駛艙信息顯示界面測評系統(3)進一步包括信息顯示界面對比率測評系統模塊(301)，用於得出信息顯示界面對比率測評結果信息顯示界面可讀性測評系統模塊(302)，用於得出信息顯示界面可讀性測評結果。
3.根據權利要求2的駕駛艙光環境仿真測評系統，其特徵在於信息顯示界面對比率測評系統模塊(301)在調節駕駛艙光環境模擬仿真系統使駕駛艙光環境達到預定標準後，打開飛行模擬器並顯示預定的實驗界面(步驟311)，然後用亮度計測量三次顯示器界面中白色圖形和數字圖像的亮度並記錄數據(步驟 312)，計算所測亮度的平均值，記為白色圖形和數字圖像的亮度值(步驟313)， 用亮度計測量三次顯示器界面的背景區亮度並記錄數據(步驟314)， 計算所測亮度的平均值，記為背景區亮度值(步驟315)， 得出該環境下的顯示界面對比率(步驟316)，將顯示界面對比率與該測評指標數據進行比較(步驟317)，從而得出測評結果。
4.根據權利要求2的駕駛艙光環境仿真測評系統，其特徵在於信息顯示界面可讀性測評系統模塊(302)在調節駕駛艙光環境模擬仿真系統使駕駛艙光環境達到預定標準後，打開飛行模擬器並顯示預定的實驗界面(步驟321)，用亮度計和光譜輻射計測量目標顏色的亮度值和顏色坐標(步驟322)， 計算目標顏色的亮度值和顏色坐標的平均值並記為目標顏色的亮度值和顏色坐標 (步驟323)，測量背景顏色的亮度值和顏色坐標(步驟324)，計算背景顏色的亮度值和顏色坐標的平均值並記為背景顏色的亮度值和顏色坐標 (步驟325)，得出顏色分辨指數(ID)(步驟328)，將計算得到的顏色分辨指數與預定規範進行比較(步驟329)，從而得出測評結果。
5.一種駕駛艙光環境仿真測評方法，其特徵在於包括 將模擬駕駛艙的飛行環境設置為預定的標準測試光環境；用亮度計測量三次顯示器界面中白色圖形和數字圖像的亮度並記錄數據(步驟312)， 計算所測亮度的平均值，記為白色圖形和數字圖像的亮度值(步驟313)， 用亮度計測量三次顯示器界面的背景區亮度並記錄數據(步驟314)， 計算所測亮度的平均值，記為背景區亮度值(步驟315)， 得出該環境下的顯示界面對比率(步驟316)，將顯示界面對比率與該測評指標數據進行比較(步驟317)，從而得出對比率測評結用亮度計和光譜輻射計測量目標顏色的亮度值和顏色坐標(步驟322)， 計算目標顏色的亮度值和顏色坐標的平均值並記為目標顏色的亮度值和顏色坐標 (步驟323)，測量背景顏色的亮度值和顏色坐標(步驟324)，計算背景顏色的亮度值和顏色坐標的平均值並記為背景顏色的亮度值和顏色坐標 (步驟325)，得出顏色分辨指數(步驟328)，將計算得到的顏色分辨指數與預定規範進行比較(步驟329)，從而得出可讀性測評結
全文摘要
本發明提供了一種飛機駕駛艙光環境仿真測評系統，其由駕駛艙光環境模擬仿真系統以及駕駛艙信息顯示界面測評系統兩部分組成。光環境模擬仿真系統可以真實模擬飛機駕駛艙的全天候光照條件，在此條件下利用信息顯示界面測評系統對顯示系統的全天候視覺效果進行測試，從而對信息顯示界面的視覺工效進行測評。利用該仿真測評系統，可以提高飛機座艙信息顯示界面的設計質量，縮短研製周期，降低開發成本。
文檔編號B64F5/00GK102152859SQ20111008692
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者完顏笑如, 莊達民, 王群, 魏蘅陽 申請人:北京航空航天大學