民用飛機座艙顯示與控制系統接口設計

摘要：文章著眼于民用飛機座艙顯示與控制系統的接口設計，介紹了座艙顯示與控制系統中常用的幾種接口，結合各接口的特性，以配備了正副駕駛側平視顯示系統、視景增強系統及四個座艙顯示器的民用飛機為例，給出了一種較為通用的座艙顯示與控制系統架構。

關鍵詞：民用飛機；接口設計；正副駕駛側平視顯示系統；座艙顯示與控制系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：V221 文章編號：1009-2374（2016）13-0018-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.009

飛機座艙顯示與控制系統是飛行員與飛機交互的核心。座艙顯示與控制系統為機組提供時間、飛行和導航數據、發動機參數、飛機系統狀態等信息顯示，尤其在起飛、著陸等飛行階段，顯示系統必須保證飛行員能在極短的時間內準確獲取所需要的信息，以便對飛機進行及時、安全的操縱。為加快數據傳輸速率，保證信息傳輸的可靠性和實時性，座艙顯示與控制系統內部及與飛機其他系統的接口使用了功能強大的各類總線。

1 座艙顯示與控制系統概述

大部分民用飛機座艙顯示與控制系統由顯示裝置、輸入裝置組成，有些機型在此基礎上還可配備平視顯示系統（HUD）、視景增強系統（EVS）及合成視景系統（SVS）。

隨著航空電子新技術的飛速發展，具有供電模塊、I/O接口模塊、圖像生成模塊、視頻轉換等模塊可分屏的綜合顯示器已應用在民用飛機中。經過綜合處理的空速、姿態、高度、發動機信息分類顯示在綜合顯示器上，內容直觀，減輕了飛行員的工作負荷。當前民用飛機主流機型根據顯示器的功能，將顯示器分為主飛行顯示器（PFD）、導航數據顯示（ND）、發動機指示與機組告警系統顯示（EICAS）及根據實際需求可配置的多功能顯示器（MFD）。

輸入裝置，用于將飛行員的指令、操作及要輸入的字符傳遞至綜合顯示器乃至飛機系統。達索公司的EASy駕駛艙及“灣流”的“Plane View”駕駛艙中，采用了一種類似于鼠標的跟蹤球指示控制裝置（CCD），該裝置具有指尖可觸擊的按鍵，用于顯示轉換和菜單選擇，飛行員可借助該裝置方便的選擇所需顯示的信息，同時還有鍵盤用于輔助控制。

平視顯示系統通過飛行員頭頂的一部投影儀，將經過篩選處理的重要飛行數據投影在風擋前的一塊特殊光學透明玻璃上，使飛行員無需低頭就可從該玻璃上獲取重要的飛行數據，同時可透過該玻璃觀察駕駛艙外，獲取目視參考。平視顯示系統由平顯投影裝置（HPU）和組合儀（HCU）組成。

視景增強系統是一種利用圖像傳感器（如前視紅外或毫米波探測器）為飛行員提供飛行前方外部場景顯示的電子系統，該系統能有效增強飛行員的情境意識、增強飛行員的操作信心。

合成視景系統通過地形數據、飛機位置、航向和姿態等，對飛行航跡、趨勢矢量和周圍環境進行描繪，改變飛行員的情境意識，從而降低可控飛行撞地的可能性，且減少了飛行員的工作量。合成視景系統可顯示地形、地面障礙物、空中交通情況，飛機著陸進場圖等

信息。

2 座艙顯示與控制系統常用接口

民用飛機座艙顯示與控制系統常用的接口類型有ARINC429、ARINC664、ARINC818、ARINC825及離散

接口。

2.1 ARINC429總線

ARINC429總線協議規定了航空電子設備及有關系統間的數字信息傳輸要求，在民用飛機如B737、B767中應用廣泛。

ARINC429總線為串行總線，傳輸速率可達100kbps，采用32位字節為傳輸單元，傳輸的數據為差分信號，傳輸距離遠。ARINC429總線的數據格式如圖1所示：

ARINC429在座艙顯示與控制系統中的應用主要體現在顯示器與大氣數據系統、慣性導航系統的數據交換中，通信速率可根據需要設置為低速12.5kbps或高速100kbps。

2.2 ARINC664總線

為了適應機載電子設備的安全性、可靠性和維護性要求，針對AFDX（Avionics Full DupleX Switched Ethernet，航空電子全雙工分組交換以太網），國際上制定了ARINC664航空電子數據網絡規范和標準。AFDX為航空電子設備之間的數據交換提供了電氣和協議的規范，在A380、B787等飛機上已成功應用，這表明AFDX代表了機載數據總線發展趨勢。AFDX網絡的構成如圖2

所示：

AFDX在座艙顯示與控制系統中的應用主要體現在顯示器與飛機其他系統的數據交換中，通信速率可根據需要設置為10Mbps或100Mbps。

2.3 ARINC818總線

ARINC818又名航空電子數字視頻總線，是一個點對點地采用8B/10B編碼，主要用于開發高帶寬、低延遲和非壓縮數字視頻傳輸的視頻接口和協議。

ARINC818的應用領域包括商用航空項目、軍事航空項目、商業和軍事飛船、指揮中心、仿真平臺、軍用地面車輛等，它能夠應用到紅外和光學傳感器、雷達、地圖和圖表系統、圖像合成、平視顯示、多功能顯示設備、視頻連接器和其他類型的子系統。

ARINC818在座艙顯示與控制系統中的應用主要體現在視景增強系統與顯示器之間的視頻傳輸及平視顯示系統與顯示器之間的視頻傳輸。

2.4 ARINC825總線

ARINC825即CAN總線，是Controller Area Network的縮寫，因其對電磁干擾的免疫性、良好的錯誤檢測機制、低延時等特性，被廣泛應用在工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。

當CAN總線空閑時，總線上的所有單元都可以發送消息，即多主控制，最先訪問總線的單元可獲得發送權，多個單元同時開始發送時，發送高優先級ID消息的單元可獲得發送權，所有的消息都以固定的格式發送。與總線相連的單元沒有類似“地址”的信息，因此在總線上增加單元時，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應用層不需要做任何改變。可根據整個網絡的規模，設定適合的通信速率，同一網絡中，所有單元的通信速率必須一致，即使有一個單元的通信速率和其他不一樣，該單元也會輸出錯誤信號，妨礙整個網絡的通信，不同網絡間可以有不同的通信速率。

CAN總線可以同時連接多個單元，理論上來說，可連接的單元總數沒有限制，但實際上，可連接的單元數受總線上的時間延遲及電氣負載限制。降低通信速率，可連接的單元數增加；提高通信速率，可連接的單元數則減少。CAN總線的拓撲結構如圖3所示，其中的端接電阻必須位于CAN總線的物理終端，物理終端是CAN總線拓撲結構中相距最遠的點。

ARINC825在座艙顯示與控制系統中的應用主要體現在調光及控制信號的傳輸，通信速率可根據需要設置為250kbps或500kbps。

2.5 離散接口

座艙顯示與控制系統中的各設備除了使用總線通信，還具有離散接口，用來傳輸警告、警戒信號或者用于顯示器與輸入裝置的直連，傳輸控制信號或輸入飛行員指令。

3 座艙顯示與控制系統架構

考慮到各總線及接口的特性，一般來說，座艙顯示與控制系統與飛機其他系統之間的數據傳輸主要通過ARINC664總線實現。此外，為提高關鍵飛行數據的可用性，大氣數據系統及慣性基準系統的數據還由飛控系統通過ARINC429總線直連到座艙顯示與控制系統。ARINC825總線用于平顯系統、顯示器和各輸入裝置之間的通信。當飛機上配備平視顯示系統及視景增強系統時，ARINC818視頻總線用于平顯圖像和視景增強圖像的傳輸。離散接口用于顯示器與輸入裝置的直連。

以配備了正副駕駛側平視顯示系統、視景增強系統及四個座艙顯示器的民用飛機為例，較為通用的座艙顯示與控制系統架構如圖4所示。

4 結語

座艙顯示與控制系統是保證飛機飛行安全的重要系統之一，該系統的設計是否合理，是飛機先進性的一個標志，也關系著飛機能否完全發揮其優越性能，因此，座艙顯示與控制系統的設計要緊跟科技發展的步伐，不斷優化。

參考文獻

[1]袁梅，曲方偉.大型客機駕駛艙儀表板布局及關鍵技

術[A].中國航空學會2007年學術年會論文集[C].

2007.

[2]費益，季小琴，程金陵.平視顯示系統在民用飛機上

的應用[J].電光與控制，2012，3（3）.

[3]魏博，徐州，劉超，崔德剛.CJ818飛機座艙顯示的

合成視景系統研究[J].民用飛機設計與研究，2009，6

（6）.

作者簡介：張文靜（1991-），女，甘肅慶陽人，中國商飛上海飛機設計研究院航電部助理工程師，碩士，研究方向：民用飛機顯示與控制系統設計。

（責任編輯：黃銀芳）