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平视飞行的由来
在现代飞机设计中，尤其是战斗机，经常会提到一条非常重要的人机交互设计原则——“双手握杆，平视飞行”。“双手握杆”是指将武器和雷达等重要控制器安装到战斗机的驾驶杆和油门杆上，以保证飞行员在作战飞行时双手不离开操纵杆，也就是所谓的HOTAS（Hands On Throttle and Stick）技术。“平视飞行”则是指飞行员在飞行或作战时保持抬头状态，不需要频繁低头查看仪表，可在观察舱外飞行环境的同时获取各类飞行信息。之所以提出平视飞行，是因为人的眼睛在远景和近景之间切换时会有一定的聚焦适应时间，虽然时间较短，但对于高速飞行或机动作战的飞机来说，其对飞行安全和作战绩效的影响仍是不容忽视的。另外，频繁的抬头和低头还会造成飞行疲劳和对飞行态势感知（SA，Situation Awareness）的下降。平视飞行设计原则可以降低飞行员低头查看仪表的频率，避免出现注意力中断、态势感知丧失、视觉负荷大和眼睛焦距调整产生的延迟等不利现象。
HUD应运而生
如何才能实现平视飞行呢？设计人员设计了一种可将飞行信息与驾驶舱外视景结合的装置，即HUD。其实，HUD的前身可认为是使用在早期战斗机上的光学瞄准器。这种瞄准器最早出现是在第一次世界大战期间，到了第二次世界大战的时候就已经被广泛利用了。光学瞄准器是利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射安装于座舱前端的一片玻璃上，或者直接投射到座舱罩的前面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离面上，当飞行员瞄准目标的时候就不会妨碍到眼睛对外界的观察。当技术进步可以支持更多的飞行状态信息集合在一起，以文字或数字形式投射在座舱前方的固定装置上时，HUD就出现了。HUD也是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关信息投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的光线以平行光的形式进入飞行员的眼睛，这样投射的文字和影像就可以调整显示于焦距无限远的距离上面，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易地将外界的景象与HUD显示的信息资料融合在一起。HUD的出现基本满足了平视飞行设计原则的要求，具有增强操作情景意识，减少操作技术失误，为非正常操作状况提供识别和改出指引，提高对非正常状况的感知能力，改善操作品质等应用优势。
HUD主要显示与飞行安全和作战绩效有着重要关系的信息，譬如飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率变化、飞机倾斜角度等。当使用于战斗环境时，还会加上目标搜索瞄准信息、武器与发射相关信息、预估命中点等。此外，HUD的显示内容还可以根据不同状况而变换，例如巡航模式、空空作战模式、防拥模式等。
HUD的应用及发展
第一架使用HUD的军用战斗机是由北美航空（North American Aviation）为美国海军设计生产的A-5“民团团员”舰载机。民用航空领域的应用是在1975年由法国达索（Dassault）飞机公司首先装配于Mercure（法语“水星”之意）客机上。20世纪70年代晚期，美国麦克唐纳·道格拉斯（McDonnell-Douglas Corporation）飞机公司在生产的MD-80系列飞机上也开始采用HUD。自1970年代中期以后，世界航空界对HUD的认识和使用开始越来越普及。除了美国以外，其他国家也开始陆续购买或者研发相关系统。
随着飞机自动化控制的程度和飞行仪表的整合度越来越高，飞行员不需要像以前那样频繁观察大量仪表，操控众多设备，因此HUD几乎可以涵盖飞行或作战所需的基本信息，从而成为现代飞机的主飞行显示器。目前，世界上几乎所有的战斗机和武装直升机都可安装HUD。鉴于HUD成熟的技术和稳定的性能，新一代的战斗机也大都安装了HUD，如俄罗斯的T-50、美国的F-22以及中国的歼20等，并且从一些新闻图片猜测，应该都是新型的衍射式平视显示器。随着技术的进步，HUD的功能越来越多，其技术也开始向商用飞机和其它民用领域普及。在商用飞机上，HUD主要在能见度不良情况下，如雨、雪、雾天气或夜间，帮助飞行员在着陆时确定机场跑道的位置，以保证飞行安全。根据最新研究结论，在所有民航起飞和着陆事故中，68%的事故可以通过使用HUD避免或降低事故危害程度。中国民航计划到2020年，旗下所有航空公司全面使用HUD。鉴于HUD的方便性以及确实能够提高飞机安全性和操作绩效，“平视飞行”这条人机交互设计原则在现代飞机设计中应用得越来越广泛，HUD已经成了全球主流战斗机和武装直升机，甚至民机不可或缺的设备，并且该人机交互设计原则还有着快速向其它民用领域扩展的趋势。
到目前为止，HUD经历了反射式、衍射式等不同时期的发展，成像技术也逐渐由传统的用阴极射线管（CRT）向硅基液晶（LCOS）图像源、数字微镜装置（DMD）和透射型LCD等新技术发展。由于新技术的使用，新型HUD的视场、清晰度、稳定性都有了大幅度的改进。此外，HUD的发展还体现在了显示内容、使用方式等多个方面。比如，为了提供增强的视觉图像，提高驾驶员夜间和低能见度条件下的情景意识，罗克韦尔柯林斯公司与庞巴迪宇航集团最近进行了一系列飞行测试，将增强视景系统（EVS）和合成视景系统（SVS）等技术融合到HUD之中。初步结果显示，在HUD上显示合成视景时，仪表着陆系统（ILS）的横向精度提高了70%，纵向精度提高了25%。Elbit Systems推出了一款名为Skylens的可穿戴式平视显示器，旨在为飞行员提供更好的视野。该系统易于安装，适合在迷雾或黑暗中进行导航辅助，虽然称之为可穿戴式HUD，但其更类似于下文介绍的头盔显示器。
在现代飞机设计中，尤其是战斗机，经常会提到一条非常重要的人机交互设计原则——“双手握杆，平视飞行”。“双手握杆”是指将武器和雷达等重要控制器安装到战斗机的驾驶杆和油门杆上，以保证飞行员在作战飞行时双手不离开操纵杆，也就是所谓的HOTAS（Hands On Throttle and Stick）技术。“平视飞行”则是指飞行员在飞行或作战时保持抬头状态，不需要频繁低头查看仪表，可在观察舱外飞行环境的同时获取各类飞行信息。之所以提出平视飞行，是因为人的眼睛在远景和近景之间切换时会有一定的聚焦适应时间，虽然时间较短，但对于高速飞行或机动作战的飞机来说，其对飞行安全和作战绩效的影响仍是不容忽视的。另外，频繁的抬头和低头还会造成飞行疲劳和对飞行态势感知（SA，Situation Awareness）的下降。平视飞行设计原则可以降低飞行员低头查看仪表的频率，避免出现注意力中断、态势感知丧失、视觉负荷大和眼睛焦距调整产生的延迟等不利现象。
HUD应运而生
如何才能实现平视飞行呢？设计人员设计了一种可将飞行信息与驾驶舱外视景结合的装置，即HUD。其实，HUD的前身可认为是使用在早期战斗机上的光学瞄准器。这种瞄准器最早出现是在第一次世界大战期间，到了第二次世界大战的时候就已经被广泛利用了。光学瞄准器是利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射安装于座舱前端的一片玻璃上，或者直接投射到座舱罩的前面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离面上，当飞行员瞄准目标的时候就不会妨碍到眼睛对外界的观察。当技术进步可以支持更多的飞行状态信息集合在一起，以文字或数字形式投射在座舱前方的固定装置上时，HUD就出现了。HUD也是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关信息投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的光线以平行光的形式进入飞行员的眼睛，这样投射的文字和影像就可以调整显示于焦距无限远的距离上面，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易地将外界的景象与HUD显示的信息资料融合在一起。HUD的出现基本满足了平视飞行设计原则的要求，具有增强操作情景意识，减少操作技术失误，为非正常操作状况提供识别和改出指引，提高对非正常状况的感知能力，改善操作品质等应用优势。
HUD主要显示与飞行安全和作战绩效有着重要关系的信息，譬如飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率变化、飞机倾斜角度等。当使用于战斗环境时，还会加上目标搜索瞄准信息、武器与发射相关信息、预估命中点等。此外，HUD的显示内容还可以根据不同状况而变换，例如巡航模式、空空作战模式、防拥模式等。
HUD的应用及发展
第一架使用HUD的军用战斗机是由北美航空（North American Aviation）为美国海军设计生产的A-5“民团团员”舰载机。民用航空领域的应用是在1975年由法国达索（Dassault）飞机公司首先装配于Mercure（法语“水星”之意）客机上。20世纪70年代晚期，美国麦克唐纳·道格拉斯（McDonnell-Douglas Corporation）飞机公司在生产的MD-80系列飞机上也开始采用HUD。自1970年代中期以后，世界航空界对HUD的认识和使用开始越来越普及。除了美国以外，其他国家也开始陆续购买或者研发相关系统。
随着飞机自动化控制的程度和飞行仪表的整合度越来越高，飞行员不需要像以前那样频繁观察大量仪表，操控众多设备，因此HUD几乎可以涵盖飞行或作战所需的基本信息，从而成为现代飞机的主飞行显示器。目前，世界上几乎所有的战斗机和武装直升机都可安装HUD。鉴于HUD成熟的技术和稳定的性能，新一代的战斗机也大都安装了HUD，如俄罗斯的T-50、美国的F-22以及中国的歼20等，并且从一些新闻图片猜测，应该都是新型的衍射式平视显示器。随着技术的进步，HUD的功能越来越多，其技术也开始向商用飞机和其它民用领域普及。在商用飞机上，HUD主要在能见度不良情况下，如雨、雪、雾天气或夜间，帮助飞行员在着陆时确定机场跑道的位置，以保证飞行安全。根据最新研究结论，在所有民航起飞和着陆事故中，68%的事故可以通过使用HUD避免或降低事故危害程度。中国民航计划到2020年，旗下所有航空公司全面使用HUD。鉴于HUD的方便性以及确实能够提高飞机安全性和操作绩效，“平视飞行”这条人机交互设计原则在现代飞机设计中应用得越来越广泛，HUD已经成了全球主流战斗机和武装直升机，甚至民机不可或缺的设备，并且该人机交互设计原则还有着快速向其它民用领域扩展的趋势。
到目前为止，HUD经历了反射式、衍射式等不同时期的发展，成像技术也逐渐由传统的用阴极射线管（CRT）向硅基液晶（LCOS）图像源、数字微镜装置（DMD）和透射型LCD等新技术发展。由于新技术的使用，新型HUD的视场、清晰度、稳定性都有了大幅度的改进。此外，HUD的发展还体现在了显示内容、使用方式等多个方面。比如，为了提供增强的视觉图像，提高驾驶员夜间和低能见度条件下的情景意识，罗克韦尔柯林斯公司与庞巴迪宇航集团最近进行了一系列飞行测试，将增强视景系统（EVS）和合成视景系统（SVS）等技术融合到HUD之中。初步结果显示，在HUD上显示合成视景时，仪表着陆系统（ILS）的横向精度提高了70%，纵向精度提高了25%。Elbit Systems推出了一款名为Skylens的可穿戴式平视显示器，旨在为飞行员提供更好的视野。该系统易于安装，适合在迷雾或黑暗中进行导航辅助，虽然称之为可穿戴式HUD，但其更类似于下文介绍的头盔显示器。