專利名稱：飛機(jī)駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代飛機(jī)性能的逐漸提高，對(duì)飛機(jī)座艙儀表顯示界面所能呈現(xiàn)的信息的要求也越來越高。為保證飛機(jī)的飛行安全和駕駛員的操縱績(jī)效，飛機(jī)座艙顯示界面必須在全天候的視覺環(huán)境下保持理想的顯示效果和視覺工效。在傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)流程中，駕駛艙信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證往往需要在樣機(jī)模型搭建完成甚至是飛行試驗(yàn)之后才能進(jìn)行，這給早期設(shè)計(jì)工作帶來困難。一旦發(fā)現(xiàn)問題，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，再次建模試飛，這樣給人力、物力造成了很大的浪費(fèi)，并大大延長(zhǎng)了開發(fā)周期?；谏鲜銮闆r，設(shè)計(jì)出一套能夠真實(shí)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(shè)計(jì)階段對(duì)顯示系統(tǒng)的全天候視覺效果進(jìn)行測(cè)評(píng)，并依據(jù)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容給出測(cè)評(píng)結(jié)果，從而指導(dǎo)座艙信息顯示界面設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種飛機(jī)駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其包括兩個(gè)子系統(tǒng)1.駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)，用于對(duì)駕駛艙真實(shí)光照環(huán)境進(jìn)行仿真；2.駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)，用于測(cè)評(píng)駕駛艙信息顯示界面視覺工效，其包括兩個(gè)子模塊，分別是對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊，用于計(jì)算信息顯示界面的顯示對(duì)比率并進(jìn)行對(duì)比率測(cè)評(píng)；和可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊，用于計(jì)算信息顯示界面的顏色分辨率并進(jìn)行可讀性測(cè)評(píng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括(1)提供一種模擬駕駛艙真實(shí)光照環(huán)境的仿真裝置，在整個(gè)飛行模擬器上加裝一個(gè)遮光罩，隔絕了外界光線對(duì)整個(gè)仿真裝置的干擾，使用內(nèi)建的照明系統(tǒng)真實(shí)模擬飛行過程中可能遇到的光環(huán)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(huán)境。(2)提供一種駕駛艙顯示界面視覺工效測(cè)評(píng)系統(tǒng)，借助光照環(huán)境模擬裝置，在進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作后就能夠?qū)︼@示界面在不同飛行環(huán)境下的視覺工效進(jìn)行測(cè)評(píng)。(3)與傳統(tǒng)的飛行器駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)相比，采用本發(fā)明能夠在飛機(jī)座艙設(shè)計(jì)的初期階段提早發(fā)現(xiàn)存在的不足并進(jìn)行改進(jìn)，從而減少人力、物力的浪費(fèi)，縮短研發(fā)周期， 降低設(shè)計(jì)成本，并直接指導(dǎo)飛機(jī)座艙顯示界面設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其特征在于包括駕駛艙模擬仿真系統(tǒng)，用于模擬駕駛艙的飛行環(huán)境；駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)，用于將駕駛艙環(huán)境調(diào)節(jié)為預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光環(huán)境；駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)，用于對(duì)該環(huán)境下的顯示界面的視覺工效進(jìn)行測(cè)評(píng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面，提供了一種駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)方法，其特征在于包括將模擬駕駛艙的飛行環(huán)境設(shè)置為預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光環(huán)境；用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面中白色圖形和數(shù)字圖像的亮度并記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為白色圖形和數(shù)字圖像的亮度值，用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面的背景區(qū)亮度并記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為背景區(qū)亮度值，得出該環(huán)境下的顯示界面對(duì)比率，將顯示界面對(duì)比率與該測(cè)評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得出測(cè)評(píng)結(jié)果。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊配置圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)工作總流程圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)工作流程圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)工作流程圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊工作流程圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊工作流程圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖 7A、7B、7C分別為該結(jié)構(gòu)的左視圖、頂視圖和后視圖。
具體實(shí)施例方式為提高飛機(jī)座艙信息顯示界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短研制周期，降低成本，本發(fā)明提供了一種具有飛機(jī)座艙信息顯示界面顯示特性測(cè)試功能的駕駛艙光環(huán)境模擬仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能夠模擬駕駛艙真實(shí)光環(huán)境，并能測(cè)評(píng)信息顯示界面在真實(shí)光環(huán)境下的視覺工效。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的飛機(jī)駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)對(duì)駕駛艙信息顯示設(shè)備的顯示界面視覺工效是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行測(cè)評(píng)。如圖1所示，駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)的總體構(gòu)成包括駕駛艙模擬仿真系統(tǒng)(1)、駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)(2)和駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)(3)。駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)(3)包括信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(301)和信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(302)。如圖2所示，駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)首先使用駕駛艙模擬仿真系統(tǒng)(1)模擬駕駛艙的正常飛行環(huán)境(步驟11)，再使用駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)(2)將駕駛艙環(huán)境調(diào)節(jié)為預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光環(huán)境，接著使用駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)C3)對(duì)該環(huán)境下的顯示界面的視覺工效進(jìn)行測(cè)評(píng)(步驟12)，最終給出信息顯示界面在真實(shí)光環(huán)境下的視覺工效的測(cè)評(píng)結(jié)果(步驟13)。如圖3所示，駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)(2)工作流程如下，首先開啟整個(gè)光環(huán)境模擬仿真裝置的總電源開關(guān)(步驟21)，調(diào)節(jié)空調(diào)(411)溫度直到駕駛艙的環(huán)境溫度
5達(dá)到測(cè)評(píng)預(yù)定溫度值(步驟22)，再使用調(diào)光開關(guān)(40 調(diào)節(jié)環(huán)境光模擬設(shè)備(406-408) 的亮度，直到整個(gè)駕駛艙的照度達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)(如《機(jī)載有源矩陣液晶顯示器通用規(guī)范》 (GJB5187-2003)中3. 8. 3. 1規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照度值215281x (2000fc))(步驟23)。然后，調(diào)節(jié)駕駛艙太陽光模擬用射燈組(409-410)的照射方向并使用調(diào)光開關(guān)(402)調(diào)節(jié)太陽光模擬設(shè)備009-410)的亮度，直到整個(gè)駕駛艙的模擬太陽光鏡面角亮度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到《機(jī)載有源矩陣液晶顯示器通用規(guī)范》(GJB5187-2003)中3. 8. 3. 1規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)亮度值6852cd/m2 QOOOfl) (步驟Μ)，這樣便完成了駕駛艙測(cè)評(píng)用標(biāo)準(zhǔn)光環(huán)境的模擬仿真調(diào)節(jié)。如圖4所示，駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)(3)在調(diào)節(jié)駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)使駕駛艙光環(huán)境達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，使用對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(301)進(jìn)行信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)(步驟31)，在相同的光照環(huán)境下使用可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(30 接著進(jìn)行顯示界面可讀性測(cè)評(píng)(步驟32)，最后顯示測(cè)評(píng)結(jié)果(步驟33)。如圖5所示的是信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(301)的工作流程，其中在調(diào)節(jié)駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)使駕駛艙光環(huán)境達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，打開飛行模擬器并顯示預(yù)定的實(shí)驗(yàn)界面(步驟311)，然后用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面中白色圖形和數(shù)字圖像的亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟31 ，計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為白色圖形和數(shù)字圖像的亮度值(步驟31 ；接著用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面的背景區(qū)亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟314)，計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為背景區(qū)亮度值(步驟31 。依據(jù)《機(jī)載有源矩陣液晶顯示器通用規(guī)范》(GJB5187-2003)中3. 8. 5. 1的規(guī)定，對(duì)比率的計(jì)算方法為CR = LtAb = (Ls+Lb)/Lb...........................(I)式中CR表示對(duì)比率；Lt表示在規(guī)定環(huán)境條件下被測(cè)區(qū)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(cè)量相同環(huán)境條件下背景區(qū)亮度，單位為坎特拉每平方米(cd/m2) ;LS表示在黑暗環(huán)境下被測(cè)區(qū)域的字符亮度，單位為坎特拉每平方米(cd/m2)。依據(jù)此原理，白色圖形和數(shù)字圖像的亮度值為L(zhǎng)t，背景區(qū)亮度值為L(zhǎng)b。將以上數(shù)據(jù)帶入公式(I)進(jìn)行計(jì)算，就可以得出該環(huán)境下的顯示界面對(duì)比率(步驟316)。依據(jù)《機(jī)載有源矩陣液晶顯示器通用規(guī)范》(GJB5187-200;3)中3.8.5. Ia)的規(guī)定，在整個(gè)顯示器顯示界面觀察角75%范圍內(nèi)，白色圖形和字母數(shù)字圖像的對(duì)比率不小于5.0，將顯示界面對(duì)比率與該測(cè)評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(步驟317)，最后得出測(cè)評(píng)結(jié)果。如圖6所示為信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(302)的工作流程，其中在調(diào)節(jié)駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)使駕駛艙光環(huán)境達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，打開飛行模擬器并顯示預(yù)定的實(shí)驗(yàn)界面(步驟321)，用亮度計(jì)和光譜輻射計(jì)測(cè)量三次目標(biāo)顏色的亮度值和在1960CIE 色度空間上的顏色坐標(biāo)并記錄數(shù)據(jù)(步驟322)，計(jì)算它們的平均值并記為目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)(步驟32 ，接著測(cè)量三次背景顏色的亮度值和在1960CIE色度空間上的顏色坐標(biāo)并記錄數(shù)據(jù)(步驟324)，計(jì)算它們的平均值并記為背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo) (步驟325)。依據(jù)《民用飛機(jī)電子顯示系統(tǒng)通用規(guī)范》(HB6556-91)中5. 6. 1的規(guī)定，在座艙所有照明條件下，從設(shè)計(jì)眼睛觀察包絡(luò)范圍內(nèi)觀察顯示器，所顯示的字符應(yīng)清晰可讀。為此，顯示器應(yīng)有足夠的對(duì)比率，對(duì)于彩色電子顯示器，應(yīng)保證顏色分辨指數(shù)為1或更大。顏色分辨指數(shù)(ID)是目標(biāo)顏色和背景顏色的亮度值的綜合指標(biāo)，計(jì)算公式如下ID = 一IDL2 +IDC2 .................. (II)
權(quán)利要求
1.一種駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其特征在于包括駕駛艙模擬仿真系統(tǒng)(1)，用于模擬駕駛艙的飛行環(huán)境；駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)O)，用于將駕駛艙環(huán)境調(diào)節(jié)為預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光環(huán)境； 駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)(3)，用于對(duì)該環(huán)境下的顯示界面的視覺工效進(jìn)行測(cè)評(píng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其特征在于駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)(3)進(jìn)一步包括信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(301)，用于得出信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)結(jié)果信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(302)，用于得出信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其特征在于信息顯示界面對(duì)比率測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(301)在調(diào)節(jié)駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)使駕駛艙光環(huán)境達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，打開飛行模擬器并顯示預(yù)定的實(shí)驗(yàn)界面(步驟311)，然后用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面中白色圖形和數(shù)字圖像的亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟 312)，計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為白色圖形和數(shù)字圖像的亮度值(步驟313)， 用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面的背景區(qū)亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟314)， 計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為背景區(qū)亮度值(步驟315)， 得出該環(huán)境下的顯示界面對(duì)比率(步驟316)，將顯示界面對(duì)比率與該測(cè)評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(步驟317)，從而得出測(cè)評(píng)結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其特征在于信息顯示界面可讀性測(cè)評(píng)系統(tǒng)模塊(302)在調(diào)節(jié)駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)使駕駛艙光環(huán)境達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，打開飛行模擬器并顯示預(yù)定的實(shí)驗(yàn)界面(步驟321)，用亮度計(jì)和光譜輻射計(jì)測(cè)量目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)(步驟322)， 計(jì)算目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)的平均值并記為目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo) (步驟323)，測(cè)量背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)(步驟324)，計(jì)算背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)的平均值并記為背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo) (步驟325)，得出顏色分辨指數(shù)(ID)(步驟328)，將計(jì)算得到的顏色分辨指數(shù)與預(yù)定規(guī)范進(jìn)行比較(步驟329)，從而得出測(cè)評(píng)結(jié)果。
5.一種駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)方法，其特征在于包括 將模擬駕駛艙的飛行環(huán)境設(shè)置為預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光環(huán)境；用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面中白色圖形和數(shù)字圖像的亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟312)， 計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為白色圖形和數(shù)字圖像的亮度值(步驟313)， 用亮度計(jì)測(cè)量三次顯示器界面的背景區(qū)亮度并記錄數(shù)據(jù)(步驟314)， 計(jì)算所測(cè)亮度的平均值，記為背景區(qū)亮度值(步驟315)， 得出該環(huán)境下的顯示界面對(duì)比率(步驟316)，將顯示界面對(duì)比率與該測(cè)評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(步驟317)，從而得出對(duì)比率測(cè)評(píng)結(jié)用亮度計(jì)和光譜輻射計(jì)測(cè)量目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)(步驟322)， 計(jì)算目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)的平均值并記為目標(biāo)顏色的亮度值和顏色坐標(biāo) (步驟323)，測(cè)量背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)(步驟324)，計(jì)算背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo)的平均值并記為背景顏色的亮度值和顏色坐標(biāo) (步驟325)，得出顏色分辨指數(shù)(步驟328)，將計(jì)算得到的顏色分辨指數(shù)與預(yù)定規(guī)范進(jìn)行比較(步驟329)，從而得出可讀性測(cè)評(píng)結(jié)
全文摘要
本發(fā)明提供了一種飛機(jī)駕駛艙光環(huán)境仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，其由駕駛艙光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)以及駕駛艙信息顯示界面測(cè)評(píng)系統(tǒng)兩部分組成。光環(huán)境模擬仿真系統(tǒng)可以真實(shí)模擬飛機(jī)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(cè)評(píng)系統(tǒng)對(duì)顯示系統(tǒng)的全天候視覺效果進(jìn)行測(cè)試，從而對(duì)信息顯示界面的視覺工效進(jìn)行測(cè)評(píng)。利用該仿真測(cè)評(píng)系統(tǒng)，可以提高飛機(jī)座艙信息顯示界面的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短研制周期，降低開發(fā)成本。
文檔編號(hào)B64F5/00GK102152859SQ20111008692
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者完顏笑如, 莊達(dá)民, 王群, 魏蘅陽 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)