潛艇綜合態勢信息顯示系統的設計研究

尹 安

(中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064)

潛艇綜合態勢信息顯示系統的設計研究

尹 安

(中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064)

根據未來作戰環境對潛艇內外部信息運用的需求，文中提出了潛艇綜合態勢信息顯示系統。首先分析了系統設計目標，梳理了信息顯示要素，并論述了硬件平臺的設備組成和設計方案。在軟件系統設計中，基于B/S模式構建面向服務體系架構，便于系統集成；根據對全艇平臺信息、電力信息、動力信息和視頻監控信息管理和調閱查看權限控制的要求，采用基于角色的訪問控制機制進行權限模塊設計，滿足了綜合態勢信息顯示系統對細粒度權限控制的要求。文中還提出了定制化顯示界面設計方法，通過定制化信息界面模塊可便于作戰指揮人員按需布局信息顯示模塊，提高信息利用價值。

綜合態勢信息；硬件框架；面向服務體系架構；定制化信息界面

0 引 言

在計算機網絡、信息化等技術的推動下，潛艇自動化程度不斷提高，結構也日趨復雜。出于對潛艇安全保障和保持戰斗性能的考慮，作戰指揮員需要及時了解潛艇平臺系統的運行狀態、武器系統信息、作戰指控信息、隨艇資源信息和自噪聲信息等，以獲得對全艇態勢的感知。但由于不同系統的信息僅顯示在各自臺位上，不便于作戰指揮人員及時全面地掌握全艇綜合態勢信息。信息的綜合應用關系到未來戰場的成敗，快速提供作戰指揮人員所需的艇內和艇外態勢信息要素十分必要。國外的先進潛艇已裝備有綜合信息顯示屏，主要用于為指揮員提供作戰指揮服務，可在不影響各戰位正常使用的前提下，全面地顯示各類信息。

綜上，文中提出了潛艇綜合態勢信息顯示系統的設計思路。首先分析了系統設計目標，隨后從硬件設計和軟件設計兩方面論述了系統設計方案，最后總結全文。

1 系統設計目標

潛艇綜合態勢信息包括外部態勢信息和內部態勢信息兩大部分。系統設計的重點是要實現對全艇信息要素的合理顯示，并能結合輔助決策信息，向作戰指揮人員提供指揮決策。潛艇綜合態勢信息主要包括：

外部態勢信息：

(1)顯示聲納系統、雷達、指控系統顯控臺等臺位信息；

(2)顯示本艇周邊態勢信息；

(3)顯示導航系統信息；

(4)提供作戰輔助決策信息；

(5)可實現對桅桿設備的操控，并顯示對應傳感器采集的視頻信號信息。

內部態勢信息：

(1)顯示平臺系統信息，包括動力系統、操艇系統等信息；

(2)顯示各艙室大氣狀態信息；

(3)顯示本艇視頻監控信息。

2 系統設計方案

2.1 硬件平臺設計

根據系統設計方案，潛艇綜合態勢信息顯示系統硬件平臺包括艇長指揮椅(含艇長專用信息顯示屏)、綜合信息顯示大屏和集成化計算平臺。系統框圖如圖1所示。

圖1 硬件平臺框圖

1)艇長指揮椅。

艇長指揮椅配備艇長專用信息顯示屏，采用“觸摸屏+按鍵”方式完成數據調用和頁面切換等操作。艇長專用信息顯示屏顯示信息包括導航操艇信息、作戰系統信息、平臺系統信息、輔助決策信息和艙內外視頻監控信息等。同時，艇長指揮椅提供對桅桿設備的操控接口，并在艇長專用信息顯示屏上顯示該桅桿對應傳感器采集的視頻信息或探測信息。

2)綜合信息顯示大屏。

綜合信息顯示大屏既可以作為艇長專用信息顯示屏的分顯示器，也可根據需要獨立顯示作戰系統信息、平臺信息或導航信息等。顯示方式可根據顯示信息的類型和數據顯示量大小，可采用9分割、4分割或2分割的形式，點擊任意分割區則可切換到該區域的單畫面顯示形式?？赏ㄟ^艇長指揮椅完成信息顯示界面設置和頁面切換，或者通過屏幕遙控器實現頁面切換。

3)集成計算平臺。

信息處理機作為該系統的“大腦”，主要包括以下模塊：

(1)數據解析模塊：按照制訂的設備信息交換協議完成數據解析，解析后的數據信息再由信息顯控模塊或輔助決策模塊進行處理。

(2)輔助決策模塊：在基于全艇信息綜合集成的基礎上，為作戰指揮人員提供輔助決策功能。

(3)信息顯控模塊：轉發視頻信號等至艇長專用信息顯示屏或綜合信息顯示大屏；實現不同信息的分割顯示、切換等功能；接收艇長指揮椅的控制信號，完成對綜合信息顯示大屏信息顯示界面的設置和切換；接收大屏顯示控制遙控設備的無線控制信號，完成對綜合信息顯示大屏顯示頁面的遙控操作。

(4)公共服務模塊：提供Web服務接口注冊、發布和調度功能。

2.2 軟件系統設計

軟件系統設計是潛艇綜合態勢信息顯示系統的核心。本節重點從體系架構建立、權限模塊設計和定制化信息顯示界面設計展開論述。

2.2.1 面向服務體系架構設計

面向服務的體系架構(Service-Oriented Architecture，SOA)是當今系統設計的一個熱點方向，在民用和軍用環境下已開展了多項研究工作[1-7]。SOA將應用程序的不同功能單元(即服務)

通過這些服務之間定義的接口和契約聯系起來，具有跨平臺、易維護和良好的伸縮性等特點，使軟件開發和系統集成更為敏捷、快速[8-11]?；诿嫦蚍盏募軜嬏匦裕恳粋€服務都可以被單獨地進行開發、測試，然后進行集成，從而構建統一的“服務生態系統”?；诿嫦蚍阵w系架構的設計目標如下：

(1)在傳感器處理層、顯控層等業務邏輯處理模塊采用“服務”模式。

(2)所有“服務”均布置在集成化計算平臺中，由該平臺統一進行計算，提供對外調用接口。

(3)提供了服務接口的全艇各系統、平臺和設備信息可以在顯控臺上進行集成和定制化顯示。所有多功能顯控臺均從集成化計算平臺中調用服務來生成人機交互界面，且人機交互界面高度可定制，既可以使用初始狀態人機界面，也可根據不同的作戰任務、作戰態勢或個人偏好進行靈活設置。其中，數據顯示采用“服務”調用模式。

(4)所有“服務”為“即插即用”，不論是新加功能或是改進功能，在統一的計算平臺中發布后，均可在多功能顯控臺進行訂閱調用。

該系統采用B/S模式結構，基于Web服務(Web Service)實現該“服務生態體系”。Web Service基于XML和SOAP(Simple Object Access Protocol)協議，是實現SOA體系架構的較理想方式。在該系統設計中，公開對外調用接口的“服務”統一部署在Axis2(Apache Extensible Interaction System)中。Axis2是一個高效靈活的Web服務器，同時也是SOAP引擎，可接收客戶端發出的SOAP請求消息，查詢已部署的服務列表，并調用相應服務和序列化服務產生的響應。Axis2建立了全新的處理SOAP消息的XML對象模型，支持WSDL(Web Service Description Language)2.0，具有較好的可配置性，可實現客戶端和服務端的高效通信[12-14]。

基于面向服務體系架構的服務生態系統體系框圖如圖2所示。

圖2 面向服務體系架構的體系框架

2.2.2 權限模塊設計

潛艇綜合態勢信息顯示系統對全艇平臺信息、電網信息、動力信息和視頻監控信息等進行了統籌管理，以上信息對應不同的指揮人員和操作人員，不同人員對信息的管理和調閱查看范圍也不同。因此，在潛艇綜合態勢信息的總體框架下需建立一套合理的權限模塊，實現職權對應的信息調閱和定制化管理。該系統采用基于角色的訪問控制機制。系統設計時首先對權限進行細粒度劃分，建立了權限資源池，再將1個或多個權限賦予角色，最后根據指揮人員和操作人員職能，賦予其1個或多個角色，從而方便地實現“用戶—角色—權限”的關系映射，具有較高的靈活性。該系統權限模塊設計示意圖如圖3所示。

在程序設計中，角色編碼采用2位數字表示，可設置99種角色控制標識；權限編碼采用3位數字表示，可設置999種權限控制標識。通過結合基于角色的訪問控制機制和合理的編碼控制，可滿足對綜合態勢信息顯示系統細粒度的權限控制要求。

圖3 權限模塊設計示意圖

2.2.3 定制化顯示界面設計

綜合信息系統的信息主要來源于作戰系統和平臺系統。其中，潛艇作戰系統涵蓋了指揮控制設備、聲納設備、導航設備、桅桿設備、武器系統設備、雷達設備、發射裝置等，其中集成了大量監測信息、控制信息、時間和空間數據信息；平臺系統涵蓋了潛艇動力系統、電網系統設備等，監控全船直流輔機電網和交流電網、動力系統信息和大氣環境信息等。這些信息具有數據量大、覆蓋范圍廣等特點，若不加篩選，不進行組織而直接顯示，對作戰指揮員而言是“信息爆炸”，并不能體現信息價值和提高作戰效能。此外，不同作戰指揮員對特定態勢下的信息需求也不盡相同。因此，在不同指揮和操作人員的權限范圍下，對其能查看和調閱的信息模塊采用定制化的界面設計可更好滿足作戰指揮人員信息獲取需求和體現個性化設計。

該系統對主要信息綜合顯示界面首先設置默認顯示布局，作戰指揮人員可根據需要進行調整界面布局和刪減信息顯示模塊。默認顯示布局采用分層概念思路，即將每個信息顯示模塊以層劃分，布置在頁面多個div標簽中，div標簽中內嵌有拖拽區域和主內容顯示區域，如圖4所示。

圖4 div標簽組成

用戶拖拽信息顯示模塊，自定義界面布局設計流程及主要核心代碼如圖5所示。

圖5 自定義界面布局設計流程

3 結束語

信息是主導未來戰爭勝負的重要環節。結合未來

海戰場對潛艇內、外部信息綜合顯示的要求，提出了潛艇綜合態勢信息顯示系統設計方案。論述了系統硬件設計框圖和各組成硬件配置要求。從體系架構建立、權限模塊設計和定制化信息顯示界面設計兩方面論述了軟件系統設計。文中完成了系統設計方案的初步探討和軟件系統原型設計，驗證了系統總體設計思路，后續還需重點解決軍用環境下服務發布、調用中的問題，如安全性、可靠性等。

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Design and Research of Submarine Integration Situation Information Display System

YIN An

(China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China)

According to the requirements on utilizing the external and internal information of submarine in the future battle environment,a novel system named the submarine integration situation information display system is proposed.The design goal of the system is analyzed firstly,and the information elements are sorted,then giving the devices composition and design scheme of hardware platform.In software design,the system constructs the service-oriented architecture based on B/S which is convenient for system integration.According to the access control for information management and retrieval about the platform information,electricity information,power information and video surveillance information,the authority module design is conducted based on crew’s role to provide enough granularities to limit access to satisfy the requirements of the submarine integration situation information display system.It also gives customizing display interface method in this paper.The commander can arrange the information display layout on demand by using the customizing information interface module to enhance the value of information utilization.

integration situation information;hardware structure;SOA;customizing information interface

2014-12-17

2015-04-14

時間：2016-03-22

海裝預研課題項目(1010501010204)；中國艦船研究設計中心青年創新基金項目(YFB13-04-15，YFB14-04-17)

尹 安(1980-)，男，博士，工程師，研究方向為艦船電子和信息化。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160322.1517.020.html

TP302

A

1673-629X(2016)04-0158-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.04.035