潜艇综合态势信息显示系统的设计研究

尹 安

(中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

潜艇综合态势信息显示系统的设计研究

尹 安

(中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

根据未来作战环境对潜艇内外部信息运用的需求，文中提出了潜艇综合态势信息显示系统。首先分析了系统设计目标，梳理了信息显示要素，并论述了硬件平台的设备组成和设计方案。在软件系统设计中，基于B/S模式构建面向服务体系架构，便于系统集成；根据对全艇平台信息、电力信息、动力信息和视频监控信息管理和调阅查看权限控制的要求，采用基于角色的访问控制机制进行权限模块设计，满足了综合态势信息显示系统对细粒度权限控制的要求。文中还提出了定制化显示界面设计方法，通过定制化信息界面模块可便于作战指挥人员按需布局信息显示模块，提高信息利用价值。

综合态势信息；硬件框架；面向服务体系架构；定制化信息界面

0 引 言

在计算机网络、信息化等技术的推动下，潜艇自动化程度不断提高，结构也日趋复杂。出于对潜艇安全保障和保持战斗性能的考虑，作战指挥员需要及时了解潜艇平台系统的运行状态、武器系统信息、作战指控信息、随艇资源信息和自噪声信息等，以获得对全艇态势的感知。但由于不同系统的信息仅显示在各自台位上，不便于作战指挥人员及时全面地掌握全艇综合态势信息。信息的综合应用关系到未来战场的成败，快速提供作战指挥人员所需的艇内和艇外态势信息要素十分必要。国外的先进潜艇已装备有综合信息显示屏，主要用于为指挥员提供作战指挥服务，可在不影响各战位正常使用的前提下，全面地显示各类信息。

综上，文中提出了潜艇综合态势信息显示系统的设计思路。首先分析了系统设计目标，随后从硬件设计和软件设计两方面论述了系统设计方案，最后总结全文。

1 系统设计目标

潜艇综合态势信息包括外部态势信息和内部态势信息两大部分。系统设计的重点是要实现对全艇信息要素的合理显示，并能结合辅助决策信息，向作战指挥人员提供指挥决策。潜艇综合态势信息主要包括：

外部态势信息：

(1)显示声纳系统、雷达、指控系统显控台等台位信息；

(2)显示本艇周边态势信息；

(3)显示导航系统信息；

(4)提供作战辅助决策信息；

(5)可实现对桅杆设备的操控，并显示对应传感器采集的视频信号信息。

内部态势信息：

(1)显示平台系统信息，包括动力系统、操艇系统等信息；

(2)显示各舱室大气状态信息；

(3)显示本艇视频监控信息。

2 系统设计方案

2.1 硬件平台设计

根据系统设计方案，潜艇综合态势信息显示系统硬件平台包括艇长指挥椅(含艇长专用信息显示屏)、综合信息显示大屏和集成化计算平台。系统框图如图1所示。

图1 硬件平台框图

1)艇长指挥椅。

艇长指挥椅配备艇长专用信息显示屏，采用“触摸屏+按键”方式完成数据调用和页面切换等操作。艇长专用信息显示屏显示信息包括导航操艇信息、作战系统信息、平台系统信息、辅助决策信息和舱内外视频监控信息等。同时，艇长指挥椅提供对桅杆设备的操控接口，并在艇长专用信息显示屏上显示该桅杆对应传感器采集的视频信息或探测信息。

2)综合信息显示大屏。

综合信息显示大屏既可以作为艇长专用信息显示屏的分显示器，也可根据需要独立显示作战系统信息、平台信息或导航信息等。显示方式可根据显示信息的类型和数据显示量大小，可采用9分割、4分割或2分割的形式，点击任意分割区则可切换到该区域的单画面显示形式。可通过艇长指挥椅完成信息显示界面设置和页面切换，或者通过屏幕遥控器实现页面切换。

3)集成计算平台。

信息处理机作为该系统的“大脑”，主要包括以下模块：

(1)数据解析模块：按照制订的设备信息交换协议完成数据解析，解析后的数据信息再由信息显控模块或辅助决策模块进行处理。

(2)辅助决策模块：在基于全艇信息综合集成的基础上，为作战指挥人员提供辅助决策功能。

(3)信息显控模块：转发视频信号等至艇长专用信息显示屏或综合信息显示大屏；实现不同信息的分割显示、切换等功能；接收艇长指挥椅的控制信号，完成对综合信息显示大屏信息显示界面的设置和切换；接收大屏显示控制遥控设备的无线控制信号，完成对综合信息显示大屏显示页面的遥控操作。

(4)公共服务模块：提供Web服务接口注册、发布和调度功能。

2.2 软件系统设计

软件系统设计是潜艇综合态势信息显示系统的核心。本节重点从体系架构建立、权限模块设计和定制化信息显示界面设计展开论述。

2.2.1 面向服务体系架构设计

面向服务的体系架构(Service-Oriented Architecture，SOA)是当今系统设计的一个热点方向，在民用和军用环境下已开展了多项研究工作[1-7]。SOA将应用程序的不同功能单元(即服务)

通过这些服务之间定义的接口和契约联系起来，具有跨平台、易维护和良好的伸缩性等特点，使软件开发和系统集成更为敏捷、快速[8-11]。基于面向服务的架构特性，每一个服务都可以被单独地进行开发、测试，然后进行集成，从而构建统一的“服务生态系统”。基于面向服务体系架构的设计目标如下：

(1)在传感器处理层、显控层等业务逻辑处理模块采用“服务”模式。

(2)所有“服务”均布置在集成化计算平台中，由该平台统一进行计算，提供对外调用接口。

(3)提供了服务接口的全艇各系统、平台和设备信息可以在显控台上进行集成和定制化显示。所有多功能显控台均从集成化计算平台中调用服务来生成人机交互界面，且人机交互界面高度可定制，既可以使用初始状态人机界面，也可根据不同的作战任务、作战态势或个人偏好进行灵活设置。其中，数据显示采用“服务”调用模式。

(4)所有“服务”为“即插即用”，不论是新加功能或是改进功能，在统一的计算平台中发布后，均可在多功能显控台进行订阅调用。

该系统采用B/S模式结构，基于Web服务(Web Service)实现该“服务生态体系”。Web Service基于XML和SOAP(Simple Object Access Protocol)协议，是实现SOA体系架构的较理想方式。在该系统设计中，公开对外调用接口的“服务”统一部署在Axis2(Apache Extensible Interaction System)中。Axis2是一个高效灵活的Web服务器，同时也是SOAP引擎，可接收客户端发出的SOAP请求消息，查询已部署的服务列表，并调用相应服务和序列化服务产生的响应。Axis2建立了全新的处理SOAP消息的XML对象模型，支持WSDL(Web Service Description Language)2.0，具有较好的可配置性，可实现客户端和服务端的高效通信[12-14]。

基于面向服务体系架构的服务生态系统体系框图如图2所示。

图2 面向服务体系架构的体系框架

2.2.2 权限模块设计

潜艇综合态势信息显示系统对全艇平台信息、电网信息、动力信息和视频监控信息等进行了统筹管理，以上信息对应不同的指挥人员和操作人员，不同人员对信息的管理和调阅查看范围也不同。因此，在潜艇综合态势信息的总体框架下需建立一套合理的权限模块，实现职权对应的信息调阅和定制化管理。该系统采用基于角色的访问控制机制。系统设计时首先对权限进行细粒度划分，建立了权限资源池，再将1个或多个权限赋予角色，最后根据指挥人员和操作人员职能，赋予其1个或多个角色，从而方便地实现“用户—角色—权限”的关系映射，具有较高的灵活性。该系统权限模块设计示意图如图3所示。

在程序设计中，角色编码采用2位数字表示，可设置99种角色控制标识；权限编码采用3位数字表示，可设置999种权限控制标识。通过结合基于角色的访问控制机制和合理的编码控制，可满足对综合态势信息显示系统细粒度的权限控制要求。

图3 权限模块设计示意图

2.2.3 定制化显示界面设计

综合信息系统的信息主要来源于作战系统和平台系统。其中，潜艇作战系统涵盖了指挥控制设备、声纳设备、导航设备、桅杆设备、武器系统设备、雷达设备、发射装置等，其中集成了大量监测信息、控制信息、时间和空间数据信息；平台系统涵盖了潜艇动力系统、电网系统设备等，监控全船直流辅机电网和交流电网、动力系统信息和大气环境信息等。这些信息具有数据量大、覆盖范围广等特点，若不加筛选，不进行组织而直接显示，对作战指挥员而言是“信息爆炸”，并不能体现信息价值和提高作战效能。此外，不同作战指挥员对特定态势下的信息需求也不尽相同。因此，在不同指挥和操作人员的权限范围下，对其能查看和调阅的信息模块采用定制化的界面设计可更好满足作战指挥人员信息获取需求和体现个性化设计。

该系统对主要信息综合显示界面首先设置默认显示布局，作战指挥人员可根据需要进行调整界面布局和删减信息显示模块。默认显示布局采用分层概念思路，即将每个信息显示模块以层划分，布置在页面多个div标签中，div标签中内嵌有拖拽区域和主内容显示区域，如图4所示。

图4 div标签组成

用户拖拽信息显示模块，自定义界面布局设计流程及主要核心代码如图5所示。

图5 自定义界面布局设计流程

3 结束语

信息是主导未来战争胜负的重要环节。结合未来

海战场对潜艇内、外部信息综合显示的要求，提出了潜艇综合态势信息显示系统设计方案。论述了系统硬件设计框图和各组成硬件配置要求。从体系架构建立、权限模块设计和定制化信息显示界面设计两方面论述了软件系统设计。文中完成了系统设计方案的初步探讨和软件系统原型设计，验证了系统总体设计思路，后续还需重点解决军用环境下服务发布、调用中的问题，如安全性、可靠性等。

[1] 周云成,许童羽,付立思.基于CIM和SOA的电力GIS系统架构[J].电网技术,2014,38(4):1115-1121.

[2] 胡 敏.基于RFID和Web Service技术的危险品物流监控系统设计和实现[J].物流技术,2013,32(5):440-442.

[3] 周晓明,初 宁.指挥控制系统服务化研究[J].指挥控制与仿真,2010,32(3):12-14.

[4] 孙德建,陶 旭,李 鹏.基于SOA的军事信息系统应用集成研究[J].情报杂志,2008,27(1):57-60.

[5] Paul R A,Tsai W T.Service-oriented architecture for command and control systems with dynamic reconfiguration[M].Washington,DC:CCRP Publications Series,2005.

[6] 汪 勇,王备战.基于Web Service的数据交换平台解决方案[J].微处理机,2007,28(4):120-122.

[7] 袁 磊,李 帅.基于WebServices的异构系统信息交换的实现[J].计算机技术与发展,2008,18(12):8-10.

[8] 周元哲,王荣喜,杨 楠.基于SOAP和Axis2的网络教育资源共享平台设计与实现[J].西安邮电学院学报,2010,15(3):108-111.

[9] Mittal S,Bernard P Z.Implementation of a formal standard for interoperability in M&S systems of systems integration with DEVS/SOA[J].The International C2 Journal,2009,3(1):1-60.

[10] Alamri A,Eid M,Saddik A E.Classification of the state-of-the-art dynamic web services composition techniques[J].International Journal of Web and Grid Services,2006,2(2):148-166.

[11] Erl T.Services-oriented arch:concepts,technology,and design[M].[s.l.]:Prentice Hall,2005.

[12] 熊光彩,慕徳俊,张新家,等.基于Axis2的web服务安全框架设计与实现[J].计算机工程与设计,2012,33(5):1729-1733.

[13] 向寒坤,钟金宏,李兴国.基于Axis2的CORBA/Web Services集成方案[J].计算机应用与软件,2010,27(2):108-110.

[14] 周元哲,王荣喜.基于SOAP和Axis2的Web服务设计与实现[J].西安文理学院学报:自然科学版,2010,13(2):64-67.

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

时间：2016-03-22

海装预研课题项目(1010501010204)；中国舰船研究设计中心青年创新基金项目(YFB13-04-15，YFB14-04-17)

尹 安(1980-)，男，博士，工程师，研究方向为舰船电子和信息化。

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