系列文章的第一部分介绍了增强型飞行视景系统的状态，该系统提供了更强的态势感知能力和改进的视觉清晰度，从而提高了导航安全性和高效操作。

增强型飞行视景系统 （EFVS） 使用安装在飞机机头的高科技成像传感器来捕获并提供飞机前方外部环境的实时、清晰的图像。然后使用平视显示器 （HUD） 或等效显示器向飞行员显示此图像，以呈现飞机信息、飞行符号或电子实时传感器图像，以帮助了解态势。成像传感器可以是前视红外、毫米波辐射测量、毫米波雷达、微光图像增强或其他实时成像技术。

EFVS 的技术套件通过在低能见度运营中实现运营改进来提高飞机安全性。有了它，飞行员可以准确导航并做出明智的决定。在许多类型的天气条件下，EFVS 可以使用热对比度提供外部场景的视图，而肉眼由于云、雾、雪、霾、烟雾、烟雾、黑暗或其他元素而无法做到这一点。虽然 EFVS 最大限度地减少了延误并防止飞机改道;更重要的是，它降低了跑道侵入和偏移的风险。

柯林斯航空航天公司组合视觉系统 （CVS） 无缝融合，提供环境的整体视图、高保真飞行信息和更广阔的视野，以减少飞行员的工作量并改善关键决策。（照片由 Collins Aerospace 提供）

在 14 CFR § 1.1 中，美国联邦航空管理局将增强飞行能见度定义为从飞行中飞机驾驶舱开始的平均向前水平距离，在该距离上，飞行员可以使用增强飞行视像系统在白天或黑夜清楚地区分和识别突出的地形物体。

新泽西州莫里斯平原霍尼韦尔航空航天先进技术公司高级技术研究员 Gang He 表示，大型客舱公务机 OEM 是这项技术的首批采用者，但“现在，其他公务机细分市场和大型运输 OEM 越来越看到 EFVS 为运营商带来的价值，并正在寻找将其集成到其平台中的方法。

亚利桑那州图森市 Universal Avionics 的首席执行官 Dror Yahav 表示，EFVS 自 2001 年以来一直在开发中，最初用于军事行动，并得到了其母公司 Elbit Systems Ltd. 几代人的专业知识的支持。

“Universal Avionics 通过推出 ClearVision 在技术上取得了突破性的进步，ClearVision 是一个完整的门到门可见性解决方案，也是商用航空市场首款获得认证的可穿戴 EFVS。其 SkyLens 头戴式显示器 （HWD） 改变了增强视觉市场，增加了所有飞机类型的可用性，并为飞行员提供了新功能。

以下系统不符合有资格开展业务的 EFVS 的设备要求：

Head-Down Display （HDD） 上显示的图像

在 HUD 上显示的图像，没有符号系统或指导信息

合成视觉系统 （SVS）

合成视觉制导系统 （SVGS）

A 夜视成像系统 （NVIS） / 夜视镜 （NVG）

单独配备这些系统之一并不能让操作员从完整的 EFVS 系统的功能中受益。

EFVS 市场

EFVS 市场正在经历显着增长。根据总部位于加利福尼亚州托伦斯的 Markwide Research 题为“EFVS 市场分析：行业规模、份额、研究报告、见解、COVID-19 影响、统计数据、趋势、增长和预测 2024-2032”的研究报告，市场受到以下因素的推动：

航空技术的进步以及航空业对提高安全性和运营效率的日益增长的需求。

飞行操作数量的增加、降低与低能见度条件相关的风险的需求以及传感器技术的不断进步。

传感器、摄像头和显示技术的不断进步正在推动更复杂、更可靠的 EFVS 解决方案的开发。

航空当局和监管机构越来越认识到 EFVS 的好处，并实施了强制要求在某些飞行运营中使用 EFVS 的法规，从而推动了市场增长。

波音 737 飞机飞行员使用通用航空电子设备 SkyLens 头部可穿戴设备 （HWD） 进行平视操作。（照片由 Universal Avionics 提供）

该报告确实列出了 EFVS 市场的限制因素：

实施成本高：与 EFVS 解决方案相关的初始投资和安装成本可能很高，这对小型航空运营商和航空公司构成了挑战。

集成挑战：将 EFVS 系统与现有的航空电子设备和飞行管理系统集成可能既复杂又耗时，会阻碍市场增长。

认识和培训有限：缺乏对 EFVS 优势的认识以及对 EFVS 操作和功能的试点培训有限可能会抑制市场扩张。

监管挑战：不同地区和国家/地区的 EFVS 法规差异可能会给制造商和运营商带来挑战，阻碍市场增长。

技术限制：尽管取得了进步，但 EFVS 技术在极端天气条件下可能存在局限性，这可能会影响其有效性。

在总部位于纽约市的 Market Research Future 题为“增强型飞行视觉系统 （EFVS） 市场研究报告”的另一份市场报告中，2023 年 EFVS 市场规模为 2 亿美元。EFVS 市场预计将从 2024 年的 2.14 亿美元增长到 2032 年的 3.211 亿美元，在预测期间（2024 年至 2032 年）的复合年增长率 （CAGR） 为 7.00%。

本报告指出，EFVS 市场由霍尼韦尔国际公司、Elbit Systems Ltd. 和 L3Harris Technologies Inc. 等知名大公司组成。为了占领更大的市场份额，EFVS 领域的公司正在战略性地使其产品组合多样化。一些公司专注于人工智能和机器学习算法的集成，以增强图像处理能力。其他公司正在利用与航空当局和监管机构的合作伙伴关系来简化配备 EFVS 的飞机的认证流程。此外，公司正在投资营销计划，以提高航空利益相关者对 EFVS 优势的认识，强调其对安全、降低运营成本和改善整体飞行体验的贡献。

EFVS 改进

在过去几年中，EFVS 的许多进步提高了机载操作的功能、可靠性和安全性。例如，总部位于北卡罗来纳州夏洛特的 Collins Aerospace 的成像传感器变得更加敏感，包括红外和低光相机，在所有天气和能见度条件下都能提供出色的清晰度。

新的传感器技术（例如毫米波）可以实现更好的图像捕获和计算能力，无论是嵌入在传感器中还是系统中的其他位置。“随着机场转向 LED 而不是白炽灯照明，需要超越红外摄像头的新型视觉传感器来支持所有天气条件的运行，”亚利桑那州凤凰城霍尼韦尔航空航天技术公司集成航空电子高级总监 Ankur Kumar 说。“白炽灯泡的热足迹，使红外在低能见度条件下提供优于自然视觉的视觉优势， 与 LED 不同。红外视觉系统的视觉优势在很大程度上在天气条件下会丢失，因为白炽灯的热特征会丢失。虽然红外传感器仍将提高夜间视觉气象条件 （VMC） 的能见度，但在大多数情况下，与人类视觉相比，它在任何恶劣天气或仪器气象条件 （IMC） 下都不会提供任何优势。

EFVS 帮助飞行员准确导航并做出明智的决策。（照片由霍尼韦尔航空航天技术公司提供）

基于主动或被动毫米波技术的传感器可以提供更好的天气穿透能力;但是，Kumar 认为，它们目前受到图像分辨率、性能问题、重量、成本和其他商业应用因素的限制。“正在进行的开发工作正在研究摄像头和雷达检测技术之间的传感器数据融合，以便利用多种类型传感器系统的组合功能，为低能见度操作实现视觉优势。”

Kumar 补充说，他已经看到，“通过融合使用多个摄像头传感器来包括更多的近可见光和红外光谱，EFVS 取得了进步。此外，我们还看到了显示器的分辨率更高。

柯林斯宇航公司一直在与监管机构协调，通过扩大认证范围以包括在飞行的滑行、起飞和着陆阶段使用，进一步扩大 EFVS 的运营效用。“EFVS 已经在飞行的着陆阶段提供了较低的最小值，但下一步是将好处带到起飞和滑行中，”柯林斯航空航天公司视觉系统项目高级总监 Craig Brown 说。

HUD 技术以前负担不起，难以安装，并且由于空间要求，仅适用于大型驾驶舱。但是，通过添加可穿戴显示器，“Universal Avionics 使 EFVS 可用于所有飞机，因为 HUD 没有安装，而是由操作员佩戴，”Yahav 说。“环球仪器不再局限于固定的、前瞻性的显示器，它开发了许多新的应用，如全景合成视觉，以及周围的交通输入和共形交通。我们的 EVS 也已从单个红外传感器发展为多传感器解决方案，结合了可见光、近红外和长波红外输入，为操作员创建完整的图像。EVS-5000 多光谱相机的图像捕获性能显著增强，可检测 LED 灯，并以其他技术无法实现的方式穿透天气，具有 50% 的视觉优势，在市场上尚属首创。

视觉技术的作用不仅仅是帮助飞行员看穿黑暗并在雾中着陆。它们显示周围地形的视图，并提醒飞行员注意原本看不到的障碍物。来自实时摄像机和最新数据库的视频被带入驾驶舱并以各种方式向飞行员展示，这提高了地面和空中的态势感知和安全性。

实时图像被投射到飞行员面前的平视显示器 （HUD） 屏幕上，或者如果是头戴式显示器，则投射到飞行员眼前的面罩上。增强视觉系统 （EVS） 提供周围地形的实时视频图像，而合成视觉系统 （SVS） 则由三维 （3-D） 地图数据库和地形的同步渲染生成。当这两个系统结合在一个组合视觉系统 （CVS） 中时，它们可以在飞行的所有阶段提供前所未有的态势感知。

视觉技术主要出现在公务机上，美国联邦航空管理局 （FAA） 法规历来为增强视力提供运营积分，以允许飞行员在天气低于授权能见度且能见度低是限制因素时着陆。但待定的 FAA 法规将允许在更多类型的技术和更多机场使用着陆积分，因此预计它们的使用将会增加。

据 Elbit Systems of America 商用航空副总裁 Leanne Collazzo 称，目前有 1,700 多架 Kollsman EVS 用于所有湾流和 FedEx 飞机的航空运输和公务机类别。罗克韦尔柯林斯首席营销经理 Peeter Sööt 表示，罗克韦尔柯林斯的 EVS、SVS 和 HUD 系统已在 Embraer Legacy 450 和 500 中型公务机上获得认证，SVS 和 EVS 与庞巴迪全球快车公务机上的 HUD 系统集成。

在增强视觉中，飞机外部环境的实时视频或图像来自通常安装在飞机机头外部的摄像头或传感器的数字处理信号。传感器类型有很多，但最常见的是使用比可见光谱略长的红外 （IR） 波长。红外传感器捕获周围环境的热信号或热信号，使飞行员能够看到肉眼无法察觉的事物。

当视频或图像显示在驾驶舱仪表板上的多功能显示器上时，它被称为 EVS，没有资格获得着陆积分。当视频显示在 HUD 飞行制导系统或飞行员外部视野中的其他透明显示器上时，它被称为增强飞行视觉系统 （EFVS），它可以符合条件，从而降低最低着陆率。新的 FAA 最终规则允许操作员使用 EFVS 代替自然视觉，不仅可以下降到决策高度/决策高度或最小下降高度以下，还可以继续从着陆区海拔 100 英尺处下降到跑道上着陆。

EVS 显示实时环境，就像在白天一样，根据当时的环境因素，这些系统可用于看穿雾、烟雾、烟雾或雾霾。Collazzo 表示，EVS 旨在协助飞行员着陆和低能见度操作。系统经过调整以接收进近灯和其他照明。

一些 EVS 相机使用单个红外传感器来检测微小的温差和可见光谱之外的其他辐射。其他探测器将来自不同多光谱探测器的多个图像融合到一个包中，每个探测器发挥不同的作用。“罗克韦尔的 EVS-3000 相机使用三个探测器：调谐到 1-2 微米波段的机场照明信标的短波红外传感器，用于在夜间查看机场环境的长波红外 [传感器]，以及用于检测机场非红外特征的低可见光和近红外 [传感器]，”罗克韦尔柯林斯视觉系统架构师 Carlo Tiana 说。

SVS 和合成视觉制导系统 （SVGS） 显示人工生成的飞机外部场景，其中包含来自位于全球定位系统 （GPS） 位置的 3D 地图和其他数据库的数据。SVS 屏幕在 GPS 确定的飞机位置提供一致的数据库驱动视图，而不受天气影响。数据库更新存储在放置在飞机航空电子系统中的卡中，例如地形感知和警告系统以及其他类似系统的更新。由于 SVS 依赖于存储在飞机中的数据库，而不是实时感知的信息，因此其使用受到 150 英尺以下法规的限制。

据霍尼韦尔先进技术集团飞行安全系统工程研究员 Thea Feyereisen 称，霍尼韦尔在 2008 年率先在湾流飞机上认证合成视觉，其基础是为其增强型近地警告系统 （EGPWS） 创建专有地形数据库。当今不断发展的数据库包括地形、机场、直升机场、飞行路径中的障碍物和石油钻井平台的更高分辨率视图。

数据库来源因供应商而异。例如，罗克韦尔从各种来源收集数据库并定期更新它们：来自美国国家航空航天局地球调查的地形数据库、来自公开来源的机场跑道数据库以及来自航空图表的障碍数据库，Tiana 说。

罗克韦尔的 SVS 系统由航空电子计算图形生成器驱动。它们将进入朝下显示的相同信息馈送到 HUD 中。HUD 引导系统的配置取决于平台。例如，波音 787 具有高架玻璃显示单元，737 上也有具有自身计算功能的系统。

将 EVS 和 SVS 组合到单个显示器中的技术称为 CVS。Feyereisen 表示，霍尼韦尔的 CVS 技术可以使用任何制造商的 EVS 传感器。

Feyereisen 说，SVS 的原始认证涉及受控飞行进入地形 （CFIT） 事故预防。“在过去几年中，FAA 商业航空安全团队 （CAST） 研究了事故趋势，并确定合成视觉可以增强飞机状态感知。由于 FAA CAST 委员会正在调查 CFIT，EGPWS 成为飞机上的强制性要求。

商业事故的第二大人为因素是失控，涉及飞机的姿态或能量状态。“当飞行员没有外部视觉参考时，态度、过度倾斜、过度俯仰或能量、低速事故都会发生。分析发现，十多年来发生的 18 起事故中有 17 起是缺乏视觉参考的主题。合成视觉被确定为所有这些情况的头号技术缓解策略，“她说。

“从那时起，空客、波音和庞巴迪对合成视觉越来越感兴趣，因为它为驾驶舱提供了一种潜在的救生技术。飞行员更容易检测到姿态干扰，而增强的符号系统可以帮助飞行员获得能量，“她解释道。“随着越来越多的飞机使用合成视觉，它将降低'失控'标准。”

“EVS 在天气好的时候为夜间视觉气象条件提供了很好的图像，并在用肉眼看到外部跑道包络线之前将视觉决策高度从 200 英尺降低到 100 英尺。装备适当的 SVS 制导系统可以达到 150 英尺，但不能达到 100 英尺。将这些技术与 CVS 相结合，可以两全其美，“Feyereisen 说。

Collazzo 说，较低的着陆积分仅适用于 EFVS，而不仅仅是合成图像。“较低的着陆积分扩展了开始进近的能力。安全来自态势感知。没有什么比看到更安全的了，“她说，这就是 Kollsman 的标语。

蒂安娜说，EVS、SVS 和 HUD 等每个部件都为向窗外看的飞行员提供了态势感知。“总而言之，最终目标是创造尽可能接近一天、清晰、理想的 VFR [目视飞行规则] 条件，”她说。“EVS 的态势感知也是使地面操作更安全的绝佳工具，可帮助飞行员在夜间看到事物。”

在关键阶段或复杂进近时向飞行员提供更准确的信息，可以从多个方面提高安全性。飞行员可以更好地管理周围环境、交通和地形，这些环境可能会构成威胁。添加的信息降低了对飞行员的威胁级别，增强了他或她处理可能发生的任何事件的能力。特别是在恶劣天气或雾、高压力以及困难或特殊进近的情况下，有关外视技术的额外信息也可以提高飞行员的执行能力。

“在恶劣的天气条件下使用平视显示器有强大的动力，”Tiana 说。“它们允许飞行员用他们的眼睛飞行，本能地使用他们每天使用的感官，而不是低头看仪器来解释飞机上的复杂系统。”

罗克韦尔柯林斯的平视引导系统 （HGS） 显示飞行路径矢量、具有加速度和速度误差的能量管理功能，以及专门用于着陆的符号系统，使飞行员能够看到剩余的跑道。一些系统还显示跑道视角，提高飞行员在不同飞行阶段的意识。飞行路径信息有助于确保稳定的进近。其他符号显示不寻常的姿态、风切变、着陆事件和尾部撞击预防，所有这些都提高了操作过程中的安全性。

SVS 提供地形和机场圆顶的感知，这些符号勾勒出主要目的地和备用机场的位置，使飞行员能够从安全角度轻松看到备用机场的位置。SVS 还提供扩展的中心线信息。

但 Tiana 表示，在低能见度下降低接近最小值的运营优势也提高了安全性。“当单独使用 HGS 进行单挑飞行时，飞行员的眼睛已经集中在外部包络上。当与 EVS 结合使用时，降低的决策高度会增加可以完成的方法数量。第一次完成任务并避免复飞对安全和整体空域都有好处，“他说。

“这些技术在精确进近中很有用，增加了对要跟踪的源的态势感知，但在非精确进近情况下也很有用。HGS 提供飞行路径信息。再加上视觉技术和日间目视飞行规则，如果没有外部指导或信号，飞行员将具有相同的态势感知和稳定进近飞行的能力，“蒂安娜说。

“知道飞机在机场上的位置或使用 HUD 上的 EVS 参考它在跑道上的位置，可以帮助防止跑道偏移、入侵和涉及剩余跑道的偏移，”Tiana 说。“它可以防止飞机撞到跑道上 [没有] 看到的车辆或动物。”

“SVS 和 EVS 一起用于地形 [感知和] 警告系统可以提供足够的感知，以防止任何类型的飞行进入地形。HGS 提供符号系统来防止尾部撞击，并针对导致进近不稳定的不同情况发出警报，“Tiana 说。

EVS 特别有助于防止 CFIT 事故，其中天气是一个促成因素。Collazzo 表示，飞机卷入多起事故的客户之所以采用它，是因为它的态势感知能力得到了提高。