飛機顯示器字符標準分析

舒振杰 王旭峰

（中航工業綜合技術研究所，北京 100028）

近年來，隨著我國機載航空電子技術的迅速發展，各種機載顯示器的應用日益廣泛，如平視顯示器、下視顯示器和頭盔顯示器等已大量裝備各型飛機，且其性能和功能也在不斷地改進和提高。

機載電子顯示器作為飛行員和飛機之間的重要人機界面，向飛行員提供各種符號、畫面以及必需的作戰和飛行信息。這些都是以顯示字符的形式出現的。為滿足飛機的飛行、作戰能力的發展和變化的需求，機載顯示器顯示字符的內容在不斷地更新和豐富。因此，必須對顯示字符的形狀、位置、尺寸、運動等，從人機工效最佳的角度加以規定，以便用最少的字符信息，提供所需的飛行和作戰信息，從而減輕飛行員的負擔，最大限度地發揮飛機的飛行和作戰效能。

本文針對飛機顯示器字符標準發展現狀進行分析，圍繞國外先進標準展開相關研究。同時，重點結合GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》和GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》的編制及使用情況，摸清了國內現有字符標準存在的問題，在此基礎上提出了編制我國顯示器字符標準的建議。

1 國外飛機顯示字符標準發展現狀

顯示符號與信息是機載顯示器人機界面的關鍵，其構形與格式直接關系到飛機的操縱性能。國外各技術先進國家，早在機載顯示器的應用初期，就開始對顯示字符進行了大量的研究。

國外發達國家歷來重視飛機顯示器字符標準的發展，先后制定了多項與飛機顯示器字符有關的標準，比較重要的有MIL–STD–1787《飛機顯示器字符》和MIL–STD–1295A《直升機座艙電/光顯示器字符的人機工程設計準則》。

1.1 歷史情況

美國是較早關注飛機顯示器及其字符標準的國家，上世紀70年代制定了MIL–D–81641《平視儀通用規范》和軍用標準MIL–STD–884《飛機操縱和作戰信息的電/光顯示器》。以上兩個標準在后續技術發展中逐漸形成了固定翼飛機和直升機的兩種不同標準，分別是美軍1981年發布的MIL–STD–1295《直升機座艙電光顯示器字符的人機工程設計準則》和1984年發布的MIL–STD–1787《飛機顯示器字符》。其中，MIL–STD–1295《直升機座艙電光顯示器字符的人機工程設計準則》在1984年被修訂為MIL–STD–1295A。MIL–STD–1787《飛機顯示器字符》于1996年被修訂為MIL–STD–1787B，在2001年又被修訂為MIL–STD–1787C，但最新版本尚未收集到。

1.2 MIL–STD–1787B

1.2.1 標準結構

MIL–STD–1787B《飛機顯示器字符》在MIL–STD–1787的基礎上修訂而成。MIL–STD–1787B的正文結構與MIL–STD–1787相同，分為6章：范圍、引用文件、定義和縮略語、要求、檢驗及注意事項；最后是附錄部分。核心是第4章——要求。

雖然大的章節沒有變化，但每章里的小節有所不同。在第1章增加了1.4節“偏離”，允許在特殊情況下對該標準進行偏離；在第2章增加了2.2節“非政府出版物”，允許在招標時參考規定的非政府出版物；在第3章增加了10個定義，分別是：“全視場中心”、“平視顯示器基準點”、“毫弧”、“模式”、“疊蓋”、“主飛行數據”、“主飛行儀表”、“主飛行基準”、“單顯主飛行基準”和“字符尺寸”，這些定義使后面的要求更加準確。

在核心部分第4章增減的條目較多，這些增減的條目與增減的字符數目相對應。在原標準MIL–STD–1787里，對幾十個符號的要求是按順序列出的，而在MIL–STD–1787B里進行了分類，這樣使本章節顯得更加條理。它對標準字符分成4類，第1類是飛機基準字符，包含為6小類12個字符；第2類是刻度字符，包含4小類14個字符；第3類是導航符，包含4小類10個字符；第4類是任務字符，共23個字符。

MIL–STD–1787B的附錄部分——飛機顯示符號手冊，它相當于標準的應用手冊，是美軍貫徹該標準的實踐經驗的總結，其內容詳細而具體、豐富而實用，很有參考價值。

1.2.2 標準內容分析

MIL–STD–1787B描述了電/光顯示器用字符、字符格式和信息內容，用于向飛機機組成員提供起飛、導航、地形跟蹤/地形回避、武器投放和著陸等信息。該標準描述了字符的幾何形狀、字體、建議尺寸和結構編排。規定了主飛行基準的字符要求，以及字符移動和飛機系統狀態之間的一些基本關系。該標準未描述電子作戰顯示字符，這些內容通常是保密的。該標準也未描述影響清晰度的參量，如分辨率、亮度、均勻度、對比度、閃爍、噪聲、最小線位移、顏色以及類似參量。該標準描述的這些字符適用于軍用飛機上使用的顯示器。這些內容與MIL–STD–1787是相同的。

MIL–STD–1787B是美國1996修訂后發布實施的標準，它相對于執行了12年的MIL–STD–1787來說進行了較大的改進，MIL–STD–1787B的主要修訂內容有：增加了飛行基準的布局、飛行符號，飛行位置表示符等；修改了一些飛機參數指示、運動符號和表示方式；簡化了多功能顯示器、水平狀態顯示器和垂直狀態顯示器的顯示畫面等。

1.2.3 與MIL–STD–1787對比分析

MIL–STD–1787B作為修訂的版本較前一版在內容上有明顯改進，保留了原來MIL–STD–1787中的32種顯示字符，修改了8種字符，增加了36種字符，刪除了36種字符。

一是增加了36種字符，主要有4大類：第1類是飛行基準的布局，在定義處對“主飛行基準”在定義處對“主飛行基準”和“單顯主飛行基準”等進行了定義，在標準符號之外專門規定了飛行基準的布局。第2類是飛機基準字符，包括爬升/俯沖標記、沖擊爬升/俯沖標記、速度螺旋和飛機俯仰基準符等，這類基準字符的增加，提高了飛機信息參考點的穩定性。第3類是刻度字符，包括空速刻度、速度刻度盤、指令速度添字符、高度刻度和高度刻度盤等，這類基準字符的增加，提高了飛機顯示信息的準確性。第4類是導航字符，這些字符是：航道偏移顯示符、飛行控制器操縱條、航向指示、航向指向符和參考機翼等，這些字符為飛行員提供了可以返回到指定航線的位置和駕駛信息。

二是保留了32種字符，這些字符全是任務字符或是與任務有直接關系的字符，其中任務字符有：空/空截獲目標、測距瞄準環、輔助瞄準光環、天線方位和俯仰標記、信標字符、炸彈下落線、退出攻擊符和航炮十字線等，與任務直接相關的字符有：空/空瞄準圓、空/地瞄準標記、點陣法字體、光柵法字體和筆畫法字體等。

三是修改了8種字符，這些修改主要是基于飛機目前的現狀而進行的。例如，對于飛機俯仰基準符，將原符號的翼展左右各加寬了4毫弧；對于航炮十字線，將原標準的虛橫線變為實橫線，方便飛行員讀取；對于典型的水平狀態顯示器，將原圓形界面改為矩形界面，而且界面內的顯示格式也有所改變；對于平視顯示器巡航模式，原標準畫的是方框示意圖，新標準規定的則是實際顯示圖，并包括顯示內容和位置安排。

四是刪除了36種字符，有53個具體符號，其中18個符號在MIL–STD–1787B里已有新的符號代替，其余刪除的全是“聯合戰術信息分布系統”符號。這是有根據新技術需求進行的更改。

1.3 MIL–STD–1295A

上世紀70年代，美國制定了MIL–STD–884《飛機操縱和作戰信息的電/光顯示器》。在該標準發展的基礎上，1981年制定了MIL–STD–1295《直升機座艙電/光顯示器字符的人機工程設計準則》，1984年修訂為MIL–STD–1295A，至今未發現有新的修訂版本和新的取代標準。

MIL–STD–1295A《直升機座艙電/光顯示器字符的人機工程設計準則》共包含5章正文，范圍、引用文件、定義、一般要求和檢驗；最后是附錄部分。核心是第3章“定義”和第4章“一般要求”。該標準將直升機座艙電/光顯示器分為下視顯示器、平視顯示器和頭盔顯示器3種，在“一般要求”一章中，詳細說明了每種字符狀態的工作范圍和性質，并在附圖中對單個字符的顯示形式、比例、位置進行了詳細的圖示，給出了5種飛行任務狀態信息要求和顯示的方式、格式和布局。

2 國內現有飛機顯示字符標準分析

2.1 國內標準歷史情況

1987年我國編制發布了GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》、GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》和GJB 302–1987《飛機電/光顯示器漢字和用語》。由于平視顯示器和下視顯示器的研制是在不同的單位，各單位僅對本單位開發使用的字符比較熟悉，而編制非本單位開發使用的字符有一定的難度。因此，確定將飛機顯示器字符標準分為3個獨立的標準。

3項標準于1985年開始編制，編制之初便搜集到了MIL–STD–1787《飛機顯示器字符》，并于隨后完成了該標準的翻譯、校對和分析工作。由于當時該標準比較先進，因此決定依據其進行國內顯示字符標準的編制，經過對該標準的深入分析和理解，結合國內實際情況最終完成了3項標準的編制和發布。

這3項標準的頒布實施，對我國飛機顯示器的發展，起到了極大的推動作用。特別是GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》和GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》，20多年來一直是我國各種顯示器的顯示字符在研究和使用中必須遵守的標準。國內各種殲擊機、轟炸機、強擊機、教練機等，凡是裝有顯示器的飛機都采用了這兩項標準，甚至直升機顯示器也參考了這兩項標準。同時，國內很多重大的標準也均采用了此兩項標準。

由于作戰任務的變化和顯示器字符技術的發展，GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》和GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》這兩項字符標準也已經不能完全滿足實際應用的需求，在現役飛機上已有大量字符超出此兩項標準。因此，需及時制定新的顯示器字符標準。

2.2 GJB 300–1987貫徹實施情況

GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》的發布實施，對我國飛機平視顯示器和平視顯示字符的發展起到了積極的推動作用。該標準中第5.4.1條至第5.4.55條所定義的符號基本上在各個飛機型號中均有所體現，其中第5.4.9條“升降速度”和第5.4.19條“迎角誤差”采用各自的方案一來實現，僅第5.4.26條“跑道基準”在大部分型號中未使用。

雖然該標準在應用中發揮了極大的作用，但隨著技術的發展和應用需求的增加，仍需增加一些符號；對該標準中基本未用的符號可以刪除；根據應用情況有少量符號需要修改。

2.3 GJB 301–1987貫徹實施情況

經過分析統計，GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》中第5.5.2條至第5.5.63條中所列符號有60%左右在不同的飛機型號中使用，特別是飛機基準符、地平線、姿態線、俯仰角顯示、外掛符號、塔康臺標記等使用頻繁，并在液晶顯示器上一直沿用。其余的或者是平視顯示器用的，或者是不用，或者是與現用的有差異。

但GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》在編制當時是一項超前標準。該標準的編制一方面指導了顯示器研制中對顯示字符的應用，另一方面由于標準的編制缺乏使用依據，也造成如下一些問題：

一是標準的符號不能滿足下視顯示器對顯示字符的需要，造成各機種符號庫中出現較多的非標準符號；

二是標準的一些符號與現實采用的符號存在一些差異，如，該標準中第5.5.37條規定“塔康臺標記”等就與實際采用的字符不一致；

三是標準中的一些符號考慮平視顯示器與下視顯示器共用而列入，但有些符號實際是平視顯示器用的，如第5.5.42條“方位操縱線”、第5.5.43條“天線的高低角和方位”、第5.5.49條“空地解算標記”、第5.5.53條“連續計算命中線”以及第5.5.54條“快速射擊光環”等。

此外，由于該標準在編制時主要針對的是陰極射線管顯示器，隨著有源矩陣液晶顯示器的廣泛使用，其中的一些字符已經不能滿足要求。

3 顯示字符人機工效分析

現代飛機座艙內，飛行員要通過顯示器及其它設備獲得及時的信息，然后在很短的時間內做出判斷，并要執行正確的操作。然而，高度緊張的情況下，飛行員往往只是把直觀知覺的顯示信息作為認知判斷和操作的基礎。為了改善飛行員在復雜情境中對自身狀態、飛機狀況及周邊事態的充分了解和整體把握，增強飛行員的情境意識能力，需要結合人機工效學，去尋求新的信息顯示方式或途徑，研制開發新型信息顯示界面。

3.1 字符顯示信息的編碼

編碼是信息加工和信息傳遞的一種手段，由顯示器向飛行員提供的各種字符顯示信息正是通過不同的編碼來實現的。通常，利用編碼的有關屬性，如尺寸、顏色、形狀等來區分各種字符及其所代表的客體。

好的編碼具有可辨性、可理解性，而且具有連貫性，不降低信息的傳送時間。對于緊急信息的編碼，應通過利用邊框、亮度、形狀、顏色或者其他的編碼技術將操縱者的注意力吸引到緊急信息上。

3.2 字符顯示信息的編碼

3.2.1 亮度編碼

利用亮度編碼僅僅是為將一條信息和其它關聯的信息區分開來，且亮度編碼水平不要超過3個亮度水平，每一個水平要比上一個水平至少高兩倍。

3.2.2 閃光編碼

僅僅在急切需要吸引操作者注意力的時候使用閃光編碼。不要使文本或者文本的背景閃爍，而是將圖標或者邊框閃爍，或者將一個與需要注意圖符相鄰的區域閃爍。而且不要超過兩種閃光頻率。

3.2.3 模式和位置的編碼

利用模式和位置編碼可減少搜索時間。類型編碼僅僅在顯示尺寸和解決方案允許進行模式區分的情況下使用。

3.2.4 顏色編碼

當選擇使用的顏色時，設計者應考慮使用者戴著防護眼鏡或本身就是色盲者時存在的顏色區分能力減弱的可能性。在復雜，密集或重要的顯示界面上，可利用顏色編碼來區分信息類型。確保顏色編碼的含義與人們的期望相一致，并將編碼色的數量限制在一個較小范圍內，編碼色要有足夠的大小、亮度和顏色對比度。此外，當操作者做出快速和準確的反應顯得非常重要時，盡量不使用顏色編碼。

3.2.5 符號

顯示器中符號的設計必須依據使用者的文化習慣，確保符號是有意義的，并且不和其使用傳統等相悖。同時，應將符號與圖形、顏色一起使用，還得考慮符號與背景的對比度關系。好的符號應該盡量對稱、凸起，并且應該相對于它呈現的背景占據一個相對小的區域。此外，符號應該盡量是水平或垂直朝向，而不是對角朝向。

3.2.6 圖標設計

圖標是一種用來表征客體、概念、過程、應用或者數據的象形的符號。圖標由符號或圖形組成，這些符號和圖形不僅提供了視覺表征，也提供了執行一種相關動作的經過編碼的指令。在設計圖標時要充分考慮使用者。圖標要設計得具有普遍性，能讓使用者理解并在應用中使用。也要確保圖標可以在所有的可預見的操作環境中使用，也可以在佩戴夜視設備時使用。同時，圖標設計應充分考慮其功能、一致性、外觀和標準化。

4 編制我國飛機顯示字符標準的建議

隨著我國飛機的快速發展，對飛機顯示器的顯示字符提出了新的需求，特別是新一代戰機的發展，如智能航空武器火力指揮控制系統、多機協同多目標攻擊、智能懸掛物管理等技術的應用，都對顯示技術和顯示信息提出了新的要求，為適應這些新的發展變化，有必要對現有顯示器字符標準進行修訂。經分析，建議將現有的3項顯示器字符國軍標進行合并，在參考國外最新的MIL–STD–1787《飛機顯示器字符》標準基礎編制我國飛機顯示器字符標準。主要基于以下考慮：

一是GJB 300–1987《飛機平視顯示器字符》和GJB 301–1987《飛機下視顯示器字符》兩項標準中有許多字符是共用的，而且個別字符產生了同一信息在不同的顯示器上以不同的字符顯示的狀況，給顯示器的研制和應用帶來了不應有的問題，有必要合并。

二是各種主機符號庫在編制符號時從未考慮過“平視顯示器用字符”與“下視顯示器用字符”，而是從戰機的戰術要求和作戰需求編制，編制的顯示器字符既可用于平視顯示器，也可用于下視顯示器，因此將兩項標準的合并編制飛機顯示器字符，有利于主機單位編制顯示器字符。

三是現在產品符號實際要求的漢字量遠遠多于GJB 302–1987《飛機電/光顯示器漢字和用語》中定義的500多個漢字。將GJB 302–1987的主要內容納入飛機顯示字符標準中是可行的，并更有利于標準的貫徹實施。

四是隨著飛機座艙顯示技術的發展和顯示布局的改進，如美國JSF–35飛機，采用頭盔顯示器與大屏幕顯示器，不使用平視顯示器，由此再分平視顯示器與下視顯示器字符就沒有意義了。

5 結束語

飛機顯示器字符標準編制是一項具實踐性的工作，涉及面廣、工作量大，既要考慮現有國軍標的貫徹實施情況，又要緊密結合型號產品對顯示器字符的需求，包括新一代戰斗機和大飛機各類顯示器對字符的具體要求。今后，應繼續加強顯示字符技術研究，為編制好我國顯示器字符標準打好基礎。