Head up display (HUD)

14 novembre 2007

Dans un avion de combat, la plupart des instruments de bord tels que les instruments de vols, radar, armement, communication, etc. sont implantés à l'intérieur de l'appareil sur un tableau de bord souvent encombré (voir figure I). Dans un combat, le pilote est appelé à surveiller visuellement et minitieusement l'environnement du combat pour bien gérer le combat. Pour cela, surveiller les paramètres de l'appareil et les instruments du vol devient une charge lourde car il doit à chaque fois baisser la tête afin d'engager l'acquisition d'une cible, surveiller le radar, activer une arme ou autre. Pour cela, les ingénieurs ont inventés le système d'affichage tête haute (ATH) appelé en anglais Head up Display (HUD).

Figure I: Cockpit d'un F-16 Falcon

Le système d'affichage tête haute consiste à superposer des informations nécessaires au pilotage, à la navigation ou à la réalisation de la mission sur l’environnement extérieur. Il permet au pilote de surveiller son environnement en même temps que des informations fournies par ses instruments de bord [1].

Vidéo I: ATH d'un F-16 Falcon

Vidéo II: Démo du ATH d'un ERJ-145 LEGACY

Vidéo III: ATH d'un A320

Principe de fonctionnement

En disposant un miroir transparent entre la tête du pilote et la verrière on peut y projeter des images collimatées à l’infini (pour éviter qu'elles soient floues si jamais la tête et doncs les yeux du pilote changent de position). Ces images se superposent au paysage et permettent donc au pilote de surveiller en même temps son environnement et les données fournies par ses instruments de bord. La glace est inclinée à 45° et le champ visuel est de l’ordre de 20°. Les systèmes les plus modernes permettent la projection en plusieurs couleurs et même celle d’images de télévision [1].

Figure II: Viseur tête haute d'un F/A-18

L'ATH a été au début conçu et utilisé exclusivement sur les avions de guerre tels que les bombardiers (B1, B2, etc), les chasseurs (F14, F15, F16, F117, F18, F22, Mirage 2000, JAS Grippen, Rafale, etc.) et les avions de transport (C-130, etc.) mais il est actuellement utilisé sur certains avions civils et même dans des voitures (tel que Citroen C6) et des motocycles.

Un ATH typique est composé d'un ordinateur de bord, d'une unité de projection (Overhead Projector Unit ou OPU) et d'un combineur. Figure III ci-dessous présente une partie de l'OPU et le combineur. Les informations qui sont projetées sur l'afficheur sont élaborées à l'aide de l'ordinateur qui sert comme interface entre l'OPU et le combineur. Ces informations proviennent des différents systèmes à bord tels que le système du gestion du vol (FMS, Flight Management System), le système de référence inertiel, le système de gestion de l'armement, etc. L'ordinateur de bord effectue le formatage adéquat des informations afin qu'elles soient adaptées à l'ATH. Puis il envoie ces informations à l'OPU qui génère les rayons limineux adéquats à l'affichage de ces informations. Le combineur de sa part, est fait en verre à reflection spéciale qui reflète les rayons monochromatiques de l'OPU et demeure transparent à toutes les autres longueurs d'onde des autres rayons lumineux.

Figure III: Viseur tête haute d'un Saab 35 Draken des années 1960.

Tradutionnellement, on utilise un tube cathodique (Cathode Ray Tube ou CRT) pour générer les rayons lumineux mais avec l'évolution des technologies d'affichages, de nouvelles techniques sont utilisées telles que l'affichage à cristaux liquide.

Avec l'évolution des technologies, plusieurs nouveaux systèmes ont apparu. On cite par exemple [2]:

Enhanced Flight Vision System, EFVS: EFVS est un système d'affichage mandaté par la FAA (Federal Aviation Administration aux États-Unis) qui consiste à afficher une image réelle au pilote. En effet, une caméra infra-rouge placée au nez de l'appareil transmet au combineur une image réelle sur laquelle seront affichées les informations relatives au vol (assiète, vitesse ascentionnelle, vitesse horizontale, etc.). Ceci permet au pilote une vision plus réaliste à propos de la situation du vol et lui permet de le gérer mieux.
Synthetic Vision Systems, SVS: Ce système utilise une base de données des terrains et créet une image "réelle" correspondant au monde extérieur. Le terrain est entièrement généré à partir d'une base de données haute résolution (voir figure IV).

Figure IV: Système de vision synthétique (SVS)

Actuellement, d'autres systèmes d'affichage sont aussi utilisés conjointement avec ou au lieu de l'ATH tels que le head-mounted display (HMD) qui est un système de vision stroboscopique via une casque (figure V ci-dessous), la réalité augmentée (Augmented Reality, AR), la réalité virtuelle (Virtual Reality, VR) qui aide dans les simulations et les entrainnements des pilotes, etc.