飞行模拟机视景图像调试

◎米祖强/中国民航飞行学院
  
  模拟飞行效果很大程度地受着视景图像质量的影响,而视景图像质量又决定于调试的好坏。本文介绍了飞行模拟机视景图像调试的各项内容,并对如何更好、更安全地提高图像调试质量提出了相应的建议和方法。
  
  视景系统是飞行模拟机的重要组成部分,它包括视景计算机、图像发生器、投影与显示子系统。视景系统的作用是,为飞行员提供飞行各个过程(如滑行、起飞、爬升、巡航、进近、降落)中的各种外界视觉景象信息(如候机楼、其他飞机、跑道、塔台、云雾雨雪、太阳、大地、河流、山峦等)。这些外界景象都是预先建立好的数字模型,以机场四字代码命名,称为视景数据库。飞行模拟机运行时,根据飞行员的要求,图像发生器从视景计算机装载入相应的数据库后进行处理,产生红绿蓝视频和控制信号并送给投影与显示系统,最终在飞行员眼前呈现出相应的视景景象。

  在视景系统各部分中,数据库是预先专门开发的,一般说来可多年不用改动。图像发生器内的电路板虽然复杂,但可靠性较高,一旦损坏,故障容易诊断,更换电路板后基本对图像不造成影响。显示系统即使使用聚酯薄膜,正常也可使用数年之久。投影系统采用三基色(红、绿、蓝)投影重叠显示方式。投影枪的尺寸只有9in,而屏幕的面积则是投影枪尺寸的上百倍,由于最终展现在飞行员眼前的图像是经过了许多倍的放大,并且是三个通道(每个通道为50°×40°视场)拼接而成。因此,显示系统电路性能参数的微小变化(如温度影响、器件更换等引起的)就会造成最终图像的明显变化。因此,为了保证图像质量,满足训练要求,必需经常对图像进行调整。所以,在飞行模拟机视景系统维护工作中,投影子系统维护工作(主要是调试工作)最为繁杂,技术性要求也较高。
  投影子系统简介

  投影子系统包括如下部分(以EIS公司的SCN560型号为例):

  主控制器(MCU)--一台苹果微机,用于存储和处理数据、错误报告、向ESU装载运行程序和各种配置数据(如会聚、几何、聚焦、对比、亮度、亮度均衡等)。

  电子勤务组件(ESU)--包括电源和控制模块,控制模块中包含有所有的校正信号发生电路。

  投影偏转组件(PDU)--包括水平和垂直偏转放大器、电子束位置和超温探头、放大器匹配电路。

  投影头组件(PHU)--包括三个9in单色(红、绿、蓝)CRT及其各自的镜头,G2/聚焦板,视频放大器板以及共用的34kV高压电源。

  远距调试控制组件(RACU)--用于图像调试工作。

  基准投影仪--它使用预先计算好目标点的特殊幻灯片和广角鱼眼镜头,在屏幕上投影出固定的参考点。图像调试就是以这些参考点为基准来进行的。
  
  图像调试

  1.初始调试

  初始调试指的是投影系统在更换器件后,对于因各个器件参数不一样所引起的合成图像出现诸如几何形状、会聚重叠、颜色亮度等差别而进行的调试。尤其是CRT,因为它的寿命有限,需要定期更换,而且更换CRT后需要调试的项目涵盖了几乎所有的内容。下面讨论CRT更换后的调试工作。

  (1)准备工作

  在开启该CRT(在此及以后,"开启CRT"或"关闭CRT’"表示使CRT显示或不显示图像)之前,将其G2和对比值置0,这样做的目的是为了安全考虑。因为CRT在使用过程中本身亮度不断下降,为了满足训练和国家标准的要求,在维持调试过程中,不断地提高其亮度参数,如果没有其他诸如烧损或聚焦等问题,CRT可以一直使用到寿命到限。所以在更换CRT前,G2和亮度参数一般都很高,极易烧坏新的CRT。为了保护价值不菲的CRT,关闭其他所有CRT。

  (2) G2和对比

  一般先调试光栅。在视景计算机上运行相应测试图案,关闭座舱门和所有的光源,使座舱内全黑。将RACU调至"暗"位,以小步长(8或更低)从0开 始一步步提高G2值,直到屏幕上出现图像,然后减小步长,降低G2值,直到图像刚好消失。关闭CRT,等5分钟,让眼睛完全适应黑暗,再开启CRT,这时屏幕上的图像应该刚好可见,否则继续调整,直到使图像刚好可见。最好对没有更换的CRT同时也进行G2调试。然后,提高对比值,使图像的亮度达到一个大致合适的程度。

  再按照上述程序对光点进行调试。图像是刚好不可见。

  (3)偏转线圈调整

  在视景计算机上运行方格测试图案,开启基准投影仪,清除所有的会聚数据,开启CRT,转动偏转线圈,使图像与基准投影仪产生的图像在水平和垂直方向上排列一致。然后拧紧卡箍,使偏转线圈固定。

  (4)电子束定中环

  电子束定中环的作用是使电子束在散焦时不会通过聚焦孔,同时使光点在散焦参数变化时的移动最小化。先调整光点静态聚焦至最佳,清零定中环,在PHU的聚焦接口输入一个10Hz的0到5V信号,清零光点会聚位置,此时所有的光点都应是散焦的,同时其旁边或中心有一个正常、未散焦的光点。找到最接近屏幕中心的光点,转动定中环,使聚焦光点位于散焦光点的中心。

  (5)聚焦

  先清零动态聚焦,再调节静态聚焦,使屏幕中心的聚焦达到最佳,观察整个屏幕的聚焦情况,如果是除了中心外,其他部分或部分地方的聚焦都较差,则需要进行光学聚焦调节。其程序如下:

  ①检查CRT位置是否安放正确,将图像尺寸调到最大,并对准中心位置。

  ②转动镜头筒,使锁定螺钉位于锁槽中心。

  ③每个CRT管都有三根聚焦螺杆,分别位于右上、右下和左中,这三点决定了CRT管平面的位置,也就决定了聚焦的效果。调节右上聚焦螺杆,同时观察左下图像,使其聚焦最佳。调节右下聚焦螺杆,同时观察左上图像,使其聚焦最佳。调节左中聚焦螺杆,同时观察右边图像,使其聚焦最佳。

  ④再次调节静态聚焦和镜头筒,使中心图像聚焦最佳。

  ⑤重复第③步,直到取得最佳效果。再重复第④步,直到取得最佳效果。

  ⑥同向并同量调节三根聚焦螺杆,以取得最佳整体聚焦。

  (6)模拟几何调试

  模拟几何调试对同一通道内的三种颜色同时作用,一共有九种函数类型,各有水平和垂直两个方面,它们分别是位置、尺寸、线性、线性偏置、正交、梯型、曲线、枕型和S曲线。进行该项调试前要清除掉所有的数字校正参数包括会聚、会聚位置、几何位置等。因为模拟几何调试是同时而无法分别对三种颜色作用的,所以在调试时,更强调整体性,即三种颜色整体误差最小,而不能强调精确性,因为此时三种颜色互不重合,优化其中一种颜色有可能使其他两种颜色误差太大,而造成整体不是最佳。模拟几何调试其实是粗调手段,强调整体;会聚调试才是精调手段,注重个体和细节。

  一般还是遵循先光栅,后光点的原则,按照下述程序分别进行调试。

  在视景计算机上运行方格测试图案。

  先调整模拟几何位置(X&Y),使图像的中心对齐屏幕中心,这时在中心点,红绿蓝三色一般来说是没有重合在一点上的,为了方便下一步继续使用模拟几何调试,所以现在必须提前使用数字会聚位置调节使三种颜色在中心点重合。

  通过使用正交、曲线、S曲线方式调整图像中心行(X)和中心列(Y)使它们分别与屏幕的中心行和列对齐。

  中心行和列调整好之后,下一步就是调整其余的行和列,也就是各行和列之间的间距。这通过使用几何尺寸、线性和线性偏置来完成。

  最后调整图像的四个角落。这需要综合使用几何梯形和枕型方式,水平(X)梯形和枕型用于调整左右两边,垂直(Y)梯形和枕型用于调整上下两边。

  现在,三种颜色的误差应该比较均衡。如有必要,可以对需要的项目进一步调整。

  (7)模拟会聚调试

  模拟会聚调试对同一通道内的三种颜色分别作用,用于使三种颜色重合在一起。与模拟几何调试一样,模拟会聚调试有同样的九种函数类型和水平、垂直两方面。整个调试程序也与模拟几何调试一样,惟一不同的就是模拟会聚调试分别对三种颜色单独作用。一般只先开启一种颜色,如红色,其他两种颜色关闭。调整红色,使其对齐屏幕上的基准投影图。然后,依次开启绿色和蓝色,使它们都对齐已先行会聚的红色。

  经过模拟会聚调试后的图像应该接近于完全会聚,这个过程不必花太多的时间,因为下一步会使用数字会聚校正来进行最细致调试,但也要尽量接近于会聚,因为数字会聚使用过量会导致线条摞合或光点抖动。

  (8)数字会聚调试

  ①先选择[全]屏幕为生效区域,检查屏幕中心处的几何位置和会聚。再选择[半]屏幕为生效区域,调节沿主轴的会聚和几何。最后选择[四分之一]屏幕为生效区域,调节沿所选四分之一屏幕的对角线的聚会和几何。重复上述步骤,直到最大的会聚或几何误差小于0.2in。如某处效果不理想,则需进行下述的调试。

  ②先平滑①所做的所有位图校正。再选择[8×5格]为生效区域,从左到右调节每个长方块的会聚和几何,并进行平滑处理。最后选择[9×7格]为 生效区域,从左到右调节每个长方块的会聚和几何,并进行平滑处理。

  ③如反复使用[8×5格]或[9×7格]模式仍然不能取得满意效果,主要是在边角处,则需要选择[4×4格]为生效区域,将其移动到有问题的地方,改变生效区域的尺寸,使其对应问题区域的形状,如在角落可能为1×1或2×2,在左或右边可能为1×3,然后调节会聚和几何并进行平滑处理。

  (9)亮度

  在视景计算机上运行亮度调试图案。先对各个颜色分别调试,然后对三种颜色CRT同时开启形成的白色图案进行精细调试。最后应达到白色坐标X=0.31

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