平視顯示飛行仿真系統(tǒng)的人機功效評價

閆思齊 姜藶峰

摘 要：在中國大型客機的發(fā)展中，平視顯示器（HUD）信息顯示的人性化設計越來越受到重視。已建立十九個方程耦合的飛行仿真模型，并利用GL Studio建立了由飛行仿真方程驅(qū)動的HUD模型[1-2]。對實驗對象進行工效學實驗，根據(jù)受試者的反應時間和的正確率，分析平視顯示器模型信息顯示的人性化程度。通過對受試者模擬飛行操作的實驗和實驗結果分析，得到了適合人體特征的HUD信息顯示特征，主要是顯示信息的顏色和尺寸。

關鍵詞：飛行仿真；HUD模型；人機功效評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.109

1 飛行仿真模型

以某型號飛機為參考，利用六自由度飛機建模的一般方法和原理，建立了起飛、巡航和著陸過程的數(shù)學模型。剛性飛行器的運動建模包括六個質(zhì)心對應的六自由度運動方程，其中三個方程表示質(zhì)心運動，其余三個方程表示質(zhì)心旋轉(zhuǎn)。另外，還包含了六個運動學方程，用來表示空間位置和姿態(tài)的變化。由于空氣動力學參數(shù)的非線性，飛行運動微分方程是常系數(shù)的變系數(shù)非線性方程組，采用數(shù)值迭代法求解方程組。

2 工效學實驗設計與實施

根據(jù)GJB1010-90標準[3]，顯示信息的字體大小和顏色是HUD界面主要研究對象，本文測試兩個字符大?。?毫米；10毫米）和三種顯示的顏色（藍色；綠色；黃色）[4]。擬通過對實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得到尺寸和顏色對信息獲取的影響。

研究對象為空軍航空大學16名具有相關航空知識背景的學生，無色盲。飛行仿真要求受試者在整個操縱過程中對模型平視顯示器顯示的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。當參數(shù)達到一定閾值時，為了保持正常飛行，受試者應立即做出反應。例如，當空速達到一定值時，應將油門桿拉回，起落架應根據(jù)狀態(tài)警告予以收回或放下。在飛行模擬任務中，空速、航向、氣壓等數(shù)據(jù)都會出現(xiàn)隨機干擾，導致標度指針和顯示值的變化，要求受試者盡可能快地讀出這些變化，并按相應的鍵進行調(diào)整。所有這些任務都被認為是主要任務。模擬程序?qū)⒆詣佑涗洶存I的正確率和反應時間測量任務性能。

3 實驗結果與分析

實驗測試結果如圖1和圖2所示，方差分析顯示，在主要任務中，字符顏色的主效應（p<0.001）和字符大小和顏色的交互作用（P=0.346）有顯著的統(tǒng)計學意義（p=0.004），但字符大小的主要影響不顯著（P=3）。由于顯著的交互效應，字符大小與顏色的匹配成為影響任務績效的主要因素。綠色或黃色目標的最佳識別尺寸為5mm，藍色目標則需要較大的尺寸。綠色和黃色適合作為界面字符顏色，藍色只能用于較大的目標。另外，綠色和黃色在尺寸上稍微難以識別，然而，藍色應該用在更大的尺寸上以獲得更好的識別。

對于正確的運算速度，方差分析表明，字符大小和顏色的交互影響是顯著的（P=0.009）。進一步的實驗表明，在5毫米字符大小的條件下，綠色和黃色的正確率顯著高于藍色（分別為p=0.013和p<0.001），而綠色和黃色的差異不顯著（P=0.927）。綠色和黃色目標的識別優(yōu)于藍色，但不明顯。在10毫米字符大小的條件下，藍色和綠色（p=0.071）、藍色和黃色（p=0.109）、綠色和黃色（P=0.997）之間的差異不顯著。綠色和黃色目標的識別優(yōu)于藍色，但不明顯。與5毫米性狀相比，藍色目標的識別率有所提高，而綠色和黃色略有下降。

方差分析表明，字符大小和顏色的交互作用顯著（p=0.004）。進一步的實驗表明，在5毫米字符大小的條件下，綠黃反應時間顯著高于藍（p<0.001，p=0.017），但綠黃差異不顯著（p=0.925）。在10毫米字符大小的條件下，藍色和綠色（p=0.695）、藍色和黃色（p=0.735）、綠色和黃色（P=0.990）之間的差異不顯著。對綠色和黃色字符的識別仍優(yōu)于藍色，但不明顯，與5毫米的條件相比，對藍色目標的識別速度較快，而對綠色和黃色目標的識別略有減慢。

參考文獻：

[1]孫鑫.進一步解釋vc++第一版[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]Jeffrey Richter， Programming applications for Microsoft Windows，4th ed.， Beijing：Mechinery Industry Press，2000.

[3]GJB1016-90-1990，機載電子/光顯示系統(tǒng)通用技術條件[S].

[4]郭小朝，劉寶善，馬雪松，伊麗，熊端琴.殲擊機座艙通用顯示信息及其優(yōu)先級的確定[J].中華航空航天醫(yī)學雜志，2006（04）：260-263.