摘要：在未来导航中，驾驶员应该作为人机交互的核心，可视化是导航系统的发展方向。针对于此，本文在总结现代平显优缺点及外国先进战斗机座舱的基础上，对可视化技术在飞机智能融合导航综合控制显示中的应用进行了初步探索。本文在提出多层面数据迭加处理技术、综合图形图象信息显示方法和导航语言概念的同时，研究了在智能融合导航中，可视化系统的结构、功能、实现过程及技术，对于我国未来导航系统中可视化的研究有着重要的实用价值。
关键词：可视化； 多层面迭加技术； 综合显示控制； 智能融合导航； 导航语言
1 前言
虽然现代飞行控制系统的自动化程度越来越高，但驾驶员始终是决定性的因素。在战斗环境中，使驾驶员能直观逼真地观察到大量关键的信息，是先进导航设备的首要任务。对于驾驶员来说，实时航行环境及仪器仪表的图形图象化将比真实的仪表提供更多更明确的信息。随着航空电子显示控制系统的更深一步的综合化，尤其是在计算机可视化技术逐步成为对大量数据进行分析的有效手段以后，可以通过软件来改善人机接口，进一步实现人机接口的可视化、智能化，控制和显示随即变得直观化、简单化。这样可以充分利用驾驶员的视觉和听觉潜能，使驾驶员从单纯的系统操作人员转为领航管理决策人员。
针对于此，本文在总结现代战斗机座舱平视显示器的优缺点及国外先进战斗机的座舱显示技术的基础上，利用可视化技术，在实现优化的人机交互界面的途径和交互界面的智能化方面做了探索，并在导航数据的可视化显示方面提出了一些实现技术。
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图1 多传感器智能融合导航的可视化系统结构图
2 现代平显及国外先进战斗机座舱显示简述
2.1 现代平显的优点和缺点
平视显示器作为代替仪表的一种手段，是飞行信息显示的长足进步，它使驾驶员减少了低头次数，将重要参数以数字的方式直接显示在驾驶员面前，使驾驶员更加方便的获取飞行信息。但是，驾驶员仍然面对座舱内的复杂控制、大量显示器和过量的数字信息，造成视觉和精力上的疲惫，导致仅凭飞行经验来处理周围事件，从而造成不必要的损失和浪费。因此需要一种新型高效的座舱显示体系，以保证驾驶员更好地执行其任务。
2.2 国外先进战斗机中的显示设备配置状况
在国外的先进战斗机中，F-22战斗机上没有机电仪表，只有6个与夜视镜兼容的液晶彩色屏幕，配有三个下视显示器，驾驶员根据平显下的键盘对之进行分配操作。
苏37战斗机具有大型液晶多功能显示器和广角平视显示器。飞机座舱具有新型信息控制能力，向驾驶员提供战术环境、飞行状态及其系统工作的全部信息，使驾驶员有效地控制飞机的系统和武器。
F/A—18安装了多传感器综合系统，它具备与复合传感器相同的功能，能把传感器输入的信号综合在一起，然后在飞行员显示屏上显示单一的目标状况。
尽力推行玻璃座舱，使各类控制信息以可视化的方式提供给驾驶员，这是未来战斗机的发展方向。基于此，综合上述国外先进显示器的特点，下面对智能融合导航中的可视化的相关部分进行了设计。
3 智能融合导航中可视化的结构功能设计及实现过程
智能融合导航中的可视化，是以多传感器信息融合技术为基础，利用可视化技术，从工效学的角度上，结合人工智能工程，将来自多传感器的数据、导航控制等重要信息数据以容易被飞行员理解和操作的形式有效地表达出来，更好地实现人机交互的过程，从而最大程度地实现导航的安全性和经济性。
智能融合导航中的可视化以全景显示为核心，进行数据和控制过程的综合显示。表现在建模交互性、多传感器工作状况的交互性、导航数据形象描述性、导航控制交互性、智能决策的交互性等方面。
多传感器智能融合导航的可视化系统采用易于理解和操作的图标化和模块化的工作方式，其结构如图1所示。
3.1 智能融合导航中可视化的功能设计
① 导航传感器模块的可视化：根据飞机上装备的航电系统和传感器，建立相应的模型，这类模型具有所代表硬件的属性，易被驾驶员掌握和操作。驾驶员在特殊任务和导航模式下，可以按照任务需要对模型进行选择、组合、设定工作条件，合理修改属性参数，然后将界面上的各类相互关系和参数传递到相应的功能模块，控制传感器，向其发出一系列工作命令。
② 数据预处理模块及其组合方式融合算法模块的可视化：驾驶员在需要干预的情况下，能够根据复杂的战术要求和导航的精度要求，将多传感器模块得到的数据信息，依据智能专家系统提供的融合方案，结合导航语言，保留需要的、由传感器得到的数据，主动地选择合适的融合算法，并且可以预先得到并模拟融合处理后的结果。
③ 智能专家系统模块的可视化：驾驶员能依据界面提示及多余度的辅助导航信息，并结合驾驶员的经验知识，帮助进行推理/决策/联想。智能决策模块可以向驾驶员显示诊断信息；进行实时飞行状态、战斗状况的分析和评估；在修改飞行和作战计划以后，及时地给出合理性的参数指标。
④ 导航可视化语言：指驾驶员在飞行过程中根据出现的实际情况，以特定的控制和信息传递方式，主动参予计算机处理过程的解释性文字语言或图标语言。该语言具有解释性的语法规则，用来表示导航控制及层次结构。通过这种语言，驾驶员能以行编辑的形式进行简单的编程，中心计算机参照驾驶员给出的指令程序，在智能专家系统的诊断和决策下进行导航控制。 |
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图2 综合图形图象视景系统工作原理图
⑤ 数据及辅助导航信息的可视化：在这一部分中，驾驶员可以以“第一者”，又可以以“旁观者”的身分来观察飞机控制状况、飞机运动、发动机燃油状态、武器管理、火控系统、飞行区域地形图、空中交通状况以及其它的座舱中的相关信息，有效地进行可视化导航分析，达到实时跟踪和驾驭导航的目的。飞行器作为整个导航与指挥网中的动态节点，与附属信息一起显示在一个可控多层面合成的导航环境图象界面中。在实时显示合成的二维和三维图形、图象时，采用多层面数据迭加技术，各层面既相互独立，又相互关联。数据迭加技术涉及到如下层面：
飞行器状态层面 指飞行器目前的速度、加速度，姿态角、耗油量、存油量、发动机状态等各参数。这个层面主要描述姿态运动(俯仰、偏航、横滚)和质心运动(航迹)，以给出形象的飞行过程。
空中交通网络层面 描述相关空域中各类飞行器的状态，地面指挥状态和空中交通管理状态。
地理信息(地形地貌及障碍物信息)层面 描述与航路点相关区域的地形地貌及障碍物的分布状况。某一特定区域的地形状况既能以地形海拔高度的数字形式表现出来(特殊地形以剖面或航迹相关的一系列剖面带表现)，也能以具有三维真实感的图形图象显示给驾驶员。
气象层面 包括雷电区、风切变区、各种大气紊流区、风向、云层属性及标度范围。
偶遇空中目标层面 一般指不期而遇的他方飞行器或对飞行产生威胁的鸟群等空中飞行物。
偶遇地面目标层面 指没有包括在给定飞行计划中的地面目标。
辐射层面 指空中无线电波、电磁波的密度、电磁波强度和大气射线等容易对飞机导航传感器精度产生影响的情况。
未知信息层面 指预先未存贮在基础数据库中的新型信息的数据层面。
上述各层面景物(包括三维立体或二维抽象符号表征)均有进行无极缩放、整体和局部视景透视及漫游的功能。此外，为了增强显示信息的易懂性，各层面可以自动或人工地嵌入必要的解释性文字信息。
上面涉及到的各类显示层面所表示的数据一般都有相应数据库与之对应。
根据驾驶员的需求，能够在综合图形图象视景系统中分别或同时显示各个层面。通用的图形图象格式及地理信息数据格式均适合于该视景系统。综合图形图象视景系统工作原理如图2所示。
⑥ 导航控制过程的可视化：该模块用来显示导航各分系统状态、传感器模块的工作状况、导航设备状况、系统进行故障隔离的状况以及导航控制过程。
⑦ 界面布局的灵活性：在模块化的基础上，驾驶员可以根据监控重点和视觉习惯，设定显示项目，进行输出界面的动态布局，并选择目前最佳的显示控制界面。此外，驾驶员还可以按照实际情况构造当前的任务场景。
3.2 智能融合导航中可视化的实现过程
① 可视数据过滤：将基本的导航控制数据及参数数据，通过人机接口和专家系统，进行数据的选择、过滤及格式转换，或者由基本数据导出新的数据，从而得到具有特定格式、高精度、适于可视化操作、反映了全面信息的少量可视数据流。
② 数据映射：将过滤处理后的数据与基本图元、实体模型或图标之间建立映
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