民用飞机座舱显示与控制系统接口设计

摘要：文章着眼于民用飞机座舱显示与控制系统的接口设计，介绍了座舱显示与控制系统中常用的几种接口，结合各接口的特性，以配备了正副驾驶侧平视显示系统、视景增强系统及四个座舱显示器的民用飞机为例，给出了一种较为通用的座舱显示与控制系统架构。

关键词：民用飞机；接口设计；正副驾驶侧平视显示系统；座舱显示与控制系统 文献标识码：A

中图分类号：V221 文章编号：1009-2374（2016）13-0018-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.009

飞机座舱显示与控制系统是飞行员与飞机交互的核心。座舱显示与控制系统为机组提供时间、飞行和导航数据、发动机参数、飞机系统状态等信息显示，尤其在起飞、着陆等飞行阶段，显示系统必须保证飞行员能在极短的时间内准确获取所需要的信息，以便对飞机进行及时、安全的操纵。为加快数据传输速率，保证信息传输的可靠性和实时性，座舱显示与控制系统内部及与飞机其他系统的接口使用了功能强大的各类总线。

1 座舱显示与控制系统概述

大部分民用飞机座舱显示与控制系统由显示装置、输入装置组成，有些机型在此基础上还可配备平视显示系统（HUD）、视景增强系统（EVS）及合成视景系统（SVS）。

随着航空电子新技术的飞速发展，具有供电模块、I/O接口模块、图像生成模块、视频转换等模块可分屏的综合显示器已应用在民用飞机中。经过综合处理的空速、姿态、高度、发动机信息分类显示在综合显示器上，内容直观，减轻了飞行员的工作负荷。当前民用飞机主流机型根据显示器的功能，将显示器分为主飞行显示器（PFD）、导航数据显示（ND）、发动机指示与机组告警系统显示（EICAS）及根据实际需求可配置的多功能显示器（MFD）。

输入装置，用于将飞行员的指令、操作及要输入的字符传递至综合显示器乃至飞机系统。达索公司的EASy驾驶舱及“湾流”的“Plane View”驾驶舱中，采用了一种类似于鼠标的跟踪球指示控制装置（CCD），该装置具有指尖可触击的按键，用于显示转换和菜单选择，飞行员可借助该装置方便的选择所需显示的信息，同时还有键盘用于辅助控制。

平视显示系统通过飞行员头顶的一部投影仪，将经过筛选处理的重要飞行数据投影在风挡前的一块特殊光学透明玻璃上，使飞行员无需低头就可从该玻璃上获取重要的飞行数据，同时可透过该玻璃观察驾驶舱外，获取目视参考。平视显示系统由平显投影装置（HPU）和组合仪（HCU）组成。

视景增强系统是一种利用图像传感器（如前视红外或毫米波探测器）为飞行员提供飞行前方外部场景显示的电子系统，该系统能有效增强飞行员的情境意识、增强飞行员的操作信心。

合成视景系统通过地形数据、飞机位置、航向和姿态等，对飞行航迹、趋势矢量和周围环境进行描绘，改变飞行员的情境意识，从而降低可控飞行撞地的可能性，且减少了飞行员的工作量。合成视景系统可显示地形、地面障碍物、空中交通情况，飞机着陆进场图等

信息。

2 座舱显示与控制系统常用接口

民用飞机座舱显示与控制系统常用的接口类型有ARINC429、ARINC664、ARINC818、ARINC825及离散

接口。

2.1 ARINC429总线

ARINC429总线协议规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求，在民用飞机如B737、B767中应用广泛。

ARINC429总线为串行总线，传输速率可达100kbps，采用32位字节为传输单元，传输的数据为差分信号，传输距离远。ARINC429总线的数据格式如图1所示：

ARINC429在座舱显示与控制系统中的应用主要体现在显示器与大气数据系统、惯性导航系统的数据交换中，通信速率可根据需要设置为低速12.5kbps或高速100kbps。

2.2 ARINC664总线

为了适应机载电子设备的安全性、可靠性和维护性要求，针对AFDX（Avionics Full DupleX Switched Ethernet，航空电子全双工分组交换以太网），国际上制定了ARINC664航空电子数据网络规范和标准。AFDX为航空电子设备之间的数据交换提供了电气和协议的规范，在A380、B787等飞机上已成功应用，这表明AFDX代表了机载数据总线发展趋势。AFDX网络的构成如图2

所示：

AFDX在座舱显示与控制系统中的应用主要体现在显示器与飞机其他系统的数据交换中，通信速率可根据需要设置为10Mbps或100Mbps。

2.3 ARINC818总线

ARINC818又名航空电子数字视频总线，是一个点对点地采用8B/10B编码，主要用于开发高带宽、低延迟和非压缩数字视频传输的视频接口和协议。

ARINC818的应用领域包括商用航空项目、军事航空项目、商业和军事飞船、指挥中心、仿真平台、军用地面车辆等，它能够应用到红外和光学传感器、雷达、地图和图表系统、图像合成、平视显示、多功能显示设备、视频连接器和其他类型的子系统。

ARINC818在座舱显示与控制系统中的应用主要体现在视景增强系统与显示器之间的视频传输及平视显示系统与显示器之间的视频传输。

2.4 ARINC825总线

ARINC825即CAN总线，是Controller Area Network的缩写，因其对电磁干扰的免疫性、良好的错误检测机制、低延时等特性，被广泛应用在工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

当CAN总线空闲时，总线上的所有单元都可以发送消息，即多主控制，最先访问总线的单元可获得发送权，多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID消息的单元可获得发送权，所有的消息都以固定的格式发送。与总线相连的单元没有类似“地址”的信息，因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层不需要做任何改变。可根据整个网络的规模，设定适合的通信速率，同一网络中，所有单元的通信速率必须一致，即使有一个单元的通信速率和其他不一样，该单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信，不同网络间可以有不同的通信速率。

CAN总线可以同时连接多个单元，理论上来说，可连接的单元总数没有限制，但实际上，可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载限制。降低通信速率，可连接的单元数增加；提高通信速率，可连接的单元数则减少。CAN总线的拓扑结构如图3所示，其中的端接电阻必须位于CAN总线的物理终端，物理终端是CAN总线拓扑结构中相距最远的点。

ARINC825在座舱显示与控制系统中的应用主要体现在调光及控制信号的传输，通信速率可根据需要设置为250kbps或500kbps。

2.5 离散接口

座舱显示与控制系统中的各设备除了使用总线通信，还具有离散接口，用来传输警告、警戒信号或者用于显示器与输入装置的直连，传输控制信号或输入飞行员指令。

3 座舱显示与控制系统架构

考虑到各总线及接口的特性，一般来说，座舱显示与控制系统与飞机其他系统之间的数据传输主要通过ARINC664总线实现。此外，为提高关键飞行数据的可用性，大气数据系统及惯性基准系统的数据还由飞控系统通过ARINC429总线直连到座舱显示与控制系统。ARINC825总线用于平显系统、显示器和各输入装置之间的通信。当飞机上配备平视显示系统及视景增强系统时，ARINC818视频总线用于平显图像和视景增强图像的传输。离散接口用于显示器与输入装置的直连。

以配备了正副驾驶侧平视显示系统、视景增强系统及四个座舱显示器的民用飞机为例，较为通用的座舱显示与控制系统架构如图4所示。

4 结语

座舱显示与控制系统是保证飞机飞行安全的重要系统之一，该系统的设计是否合理，是飞机先进性的一个标志，也关系着飞机能否完全发挥其优越性能，因此，座舱显示与控制系统的设计要紧跟科技发展的步伐，不断优化。

参考文献

[1] 袁梅，曲方伟.大型客机驾驶舱仪表板布局及关键技

术[A].中国航空学会2007年学术年会论文集[C].

2007.

[2] 费益，季小琴，程金陵.平视显示系统在民用飞机上

的应用[J].电光与控制，2012，3（3）.

[3] 魏博，徐州，刘超，崔德刚.CJ818飞机座舱显示的

合成视景系统研究[J].民用飞机设计与研究，2009，6

（6）.

作者简介：张文静（1991-），女，甘肃庆阳人，中国商飞上海飞机设计研究院航电部助理工程师，硕士，研究方向：民用飞机显示与控制系统设计。