Head Up Display System

Head-up display, atau disingkat HUD, adalah setiap tampilan yang transparan menyajikan data tanpa memerlukan pengguna untuk melihat diri dari sudut pandang atau yang biasa. Nama Head-Up Display berasal dari penggunaan teknologi yang dilakukan user dengan melihat informasi dengan kepala "naik" dan melihat kedepan, bukan memandang miring ke instrumenyang lebih rendah.

Sejarah HUD

HUD pertama kali diperkenalkan pada tahun 1950-an, dengan adanya teknologi reflektif gunsight pada perang dunia ke dua. Saat itu, suatu tembakan dihasilkan dari sumber listrik yang diproyeksikan ke sebuah kaca. Pemasangan proyektor itu biasanya dilakukan pada bagian atas panel instrumen di tengah daerah pandang pilot, antara kaca depan

dan pilot sendiri.

Sebuah contoh awal dari apa yang sekarang dapat disebut sebagai head-up layar adalah Sistem Proyektor AIlnggris MrkVIII radar pencegatan udara dipasang kebeberapa deHavilland Mosquito pejuang malam, dimana layar radar diproyeksikan kekaca depan pesawat buatan bersama cakrawala, memungkinkan pilot untuk melakukan penangkapan tanpa mengalihkan pandangan dari kaca depan.

Dengan menggunakan reflektif gunshight pada pertempuran udara, pilot harus “mengkalibrasi” pandangannya secara manual. Hal ini dilakukan dengan memasukkan lebar sayap target pada sebuah penyetelan roda yang diikuti dengan penyesuaian mata, sehingga target yang bergerak dapat disesuaikan dengan bingkai yang diarahkan kepadanya. Dengan melakukan hal tersebut, maka hasilnya akan terjadi kompensasi terhadap kecepatan, penembakan peluru, G-load, dll.

Pada tahun 1950-an, gambar dari efletif gunsight diproyeksikan ke sebuah CRT (Cathode Ray Tube) yang dikendalikan oleh komputer yang terdapat pada pesawat. Hal inilah yang menandai kelahiran teknologi HUD modern. Komputer mampu mengkompensasi akurasi dan menyesuaikan tujuan dari kursor secara otomatis terhadap faktor, seperti range, daya percepatan, tembakan peluru, pendekatan target, G-load, dll.

Penambahan data penerbangan terhadap tanda bidikan, memberikan perananan kepada HUD sebagai pembantu pilot dalam melakukan pendaratan, serta membantu pilot di dalam pertempuran udara. Pada tahun 1960-an, HUD digunakan secara ekstensif dalam melakukan pendaratan. HUD menyediakan data-data penerbangan penting kepada pilot, sehingga pilot tidak perlu melihat peralatan pada bagian dalam dari panel.

Penerbangan komersial HUD pertama kali diluncurkan pada tahun 1980-an. HUD pertama kali digunakan oleh Air Inter pada pesawat MD-80. Namun, masih tergantung pada FD pesawat untuk bimbingan dan hanya bekerja sebagai repeater informasi yang ada. Pada tahun 1984, penerbangan dinamika Rockwell Collins sudah berkembang dan mendapatkan sertifikasi HUD “standalone” yang ertama sebagai pesawat komersial, yang disebut HGS (Head Up Guidance System). Sistem “stand alone” ini mendatangkan kesempatan untuk mengurangi waktu lepas landas dan pendaratan minimum. Pada tahun 1984, FAA menyetujui pendaratan CAT IIIA tanpa menyediakan pemasangan sistem autoland atau autothrottle pada pesawat yang dilengkapi dengan HGS.

Sampai beberapa tahun yang lalu, Embraer 190 dan Boeing 737 New Generation Aircraft (737-600,700,800, dan 900 series) adalah satu-satunya pesawat penumpang komersial untuk datang dengan HUD opsional. Namun, kini teknologi ini sudah menjadi lebih umum untuk pesawat seperti Canadair RJ, Airbus A318 dan beberapa jet bisnis. HUD telah menjadi peralatan standar Boeing 787. Dan lebih jauh lagi, Airbus A320, A330, A340 dan A380 keluarga yang sedang menjalani proses sertifikasi untuk HUD. Selain pada pesawat komersial, HUD juga sudah mulai digunakan pada mobil dan aplikasi lainnya. BMW merupakan pabrikan otomotif pertama yang meluncurkan produk massal dengan teknologi HUD pada kaca depannya. Teknologi ini tak hanya memberi kenyamanan bagi pengemudi, melainkan juga keselamatan berkendara.

HUDs terbagi menjadi 3generasi yang mencerminkan teknologi yang digunakan untuk menghasilkan gambar.

GenerasiPertamaMenggunakan CRT untuk menghasilkan sebuah gambar pada layar fosfor, memiliki kelemahan dari degradasi dari waktu ke waktu dari lapisan layar fosfor. Mayoritas HUDs beroperasi saat ini adalah dari jenis ini.

GenerasiKeduaMenggunakan sumber cahaya padat, misalnya LED,yang dimodulasi oleh sebuah layar LCD untuk menampilkan gambar. Ini menghilangkan memudar dengan waktu dan juga tegangan tinggi yang dibutuhkan untuk system generasi pertama. Sistem ini pada pesawat komersial.

GenerasiKetigaMenggunakan wave guides optic untuk menghasilkan gambar secara langsung dalam Combiner dari pada menggunakan system proyeksi.

Penggunaan HUD dapat dibagi menjadi 2 jenis :

*HUD yang terikat pada badan pesawat atau kendaraan chasis. Sistem penentuan gambar yang ingin disajikan semata-mata tergantung pada orientasi kendaraan.

*HMD, helm dipasang yang menampilkan HUD dimana elemen akan ditampilkan tergantung pada orientasi dari kepala pengguna.

Teknologi HUD

*CRT (Cathode Ray Tube)

Hal yang sama untuk semua HUD adalah sumber dari gambar yang ditampilkan, CRT, yang dikemudikan oleh generator. Tanda generator mengirimkan informasi ke CRT berbentuk koordinat x dan y. Hal itu merupakan tugas dari CRT untuk menggambarkan koordinat senagai piksel, yaitu grafik. CRT membuat piksel dengan menciptakan suatu sinar elektonil, yang menyerang permukaan tabung (tube).

*Refractive HUD

Dari CRT, sinar diproduksi secara paralel dengan sebuah lensa collimating. Sinar paralel tersebut diproyeksikan ke kaca semitrasnparan (kaca gabungan) dan memantul ke mata pilot. Salah satu keuntungan dari reaktif HUD adalah kemampuan pilot untuk menggerakkan kepalanya dan sekaligus melihat gambar yang ditampilkan pada kaca gabungan.

*Reflective HUD

Kerugian dari HUD reflektif adalah akibatnya pada besarnya tingkat kompleksitas yang terlibat dalam meproduksi penggabungan lekungan dari segi materi dan rekayasa. Keuntungan besarnya adalah kemampuan pada peningkatan tanda brightness (terang), meminimalisir redaman cahaya dari pemandangan visual eksternal dan adanya kemungkinan untuk menghemat ruang di kokpit, karena lensa collimating yang tidak diperlukan.

*System Architecture

HUD komputer mengumpulkan informasi dari sumber – sumber seperti IRS (Inertial Reference System), ADC (Air Data Computer), radio altimeter, gyros, radio navigasi dan kontrol kokpit. Diterjemahkan ke dalam koordinat x dan y, komputer HUD selanjutnya akan menyediakan informasi yang dibutuhkan untuk hal apa yang akan ditampilkan pada HUD ke generator simbol. Berdasarkan informasi ini, generator simbol menghasilkan koordinat yang diperlukan pada grafik, yang akan dikirmkan ke unit display (CRT) dan ditampilkan sebagai simbol grafik pada permukaan tabung.

Kebanyakan HUD militer mudah memberikan atau melewatkan isyarat kemudi FD melalui generator simbol. HUD memperhitungkan isyarat kemudi pada komputer HUD dan hal tersebut membuatnya sebagai sistem ‘standalone’. Sipil HUD merupakan fail-passive dan mencakup pemeriksaan internal yang besar mulai dari data sampai pada simbol generator. Kebanyakan perselisihan perhitungan dirancang untuk mencegah data palsu tampil.

*Display Clutter

Salah satu perhatian penting dengan simbologi HUD adalah kecenderungan perancang untuk memasukkan data terlalu banyak, sehingga menghasilkan kekacauan tampilan. Kekacauan tampilan ini jauh dari eksklusif untuk HUD, tetapi hal ini sangat kritis pada saat melihat ke arah tampilan. Setiap simbologi yang tampil pada sebuah HUD harus melayani atau memiliki sebuah tujuan dan mengarahkan peningkatan performa. Kenyataannya, bukan piksel tunggal yang dapat menerangi kecuali dia secara langsung mengarahkan pada penigkatan. Prinsip yang diterapkan pada perancangan HUD adalah ‘ketika dalam keraguan, tinggalkan saja’.

Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan ketika merancang sebuah HUD, yaitu:

# Bidang penglihatan – Karena mata seseorang berada di dua titik berbeda, mereka melihat dua gambar yang berbeda. Untuk mencegah mata seseorang dari keharusan untuk mengubah fokus antara dunia luar dan layar HUD, layar adalah “Collimated” (difokuskan pada tak terhingga). Dalam tampilan mobil umumnya terfokus di sekitar jarak ke bemper.

#Eyebox – menampilkan hanya dapat dilihat sementara mata pemirsa dalam 3-dimensi suatu daerah yang disebut Kepala Motion Kotak atau “Eyebox”. HUD Eyeboxes modern biasanya sekitar 5 dengan 3 dari 6 inci. Hal ini memungkinkan pemirsa beberapa kebebasan gerakan kepala. Hal ini juga memungkinkan pilot kemampuan untuk melihat seluruh tampilan selama salah satu mata adalah di dalam Eyebox.

#Terang / kontras – harus menampilkan pencahayaan yang diatur dalam dan kontras untuk memperhitungkan pencahayaan sekitarnya, yang dapat sangat bervariasi (misalnya, dari cahaya terang awan malam tak berbulan pendekatan minimal bidang menyala).

#Menampilkan akurasi – HUD komponen pesawat harus sangat tepat sesuai dengan pesawat tiga sumbu – sebuah proses yang disebut boresighting – sehingga data yang ditampilkan sesuai dengan kenyataan biasanya dengan akurasi ± 7,0 milliradians.

#Instalasi – instalasi dari komponen HUD harus kompatibel dengan avionik lain, menampilkan, dll

HUD mengandung tiga komponen utama

•Sebuah Kombinasi/The Combiner

The Combiner adalah bagian dari unit yang terletak tepat di depan pilot. The combiner berada di permukaan dimana informasi diproyeksikan sehingga pilot dapat melihat dan menggunakannya.

•Projector Unit

Unit Proyeksi digunakan untuk memproyeksikan gambar ke Combiner untuk pilot untuk melihat. Unit proyeksi menggunakan Katoda Ray Tube, Dioda cahaya, atau layar kristal cair untuk memproyeksikan gambar.

•Video komputer generasi

Simbol dan data lain yang juga tersedia di beberapa HUDs:

•Boresight atau symbol waterline–menunjukkan dimana pesawat sebenarnya berada (selalu ada pada layar).

•Flight Path Vector(FPV)atau symbol vector kecepatan–menunjukkan dimana pesawat ini benar-benar terjadi, jumlah dari semua gaya yang bekerja pada pesawat. Ebagai contoh,jika pesawat ini bernada up tetapi kehilangan energi, maka FPV symbol akan berada dibawah cakrawala meskipun symbol boresight berada diatas cakrawala. Selama pendekatan dan pendaratan, pilot dapat terbang pendekatan dengan menjaga symbol diFPV keturunan yang dikehendaki sudut dan titik touchdown dilandasan.

•Percepatan energy indicator atau isyarat biasanya di kiri dari symbol FPV, jika pesawat mengalami percepatan maka diatas nya symbol FPV, dan dibawah symbol FPV jika perlambatan.

•Sudut serangan indikator menunjukkan sudut sayap relative terhadap airmass ,sering ditampilkan sebagai “α”.

•Data dan simbol-simbol navigasi untuk pendekatan dan pendaratan, system pemandu penerbangan dapat memberikan isyarat visual didasarkan pada alat bantu navigasi seperti Instrument Landing System atau ditambah Global Positioning System seperti Wide Area Augmentation System.