潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計研究

尹 安

(中國艦船研究設(shè)計中心，湖北 武漢 430064)

潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計研究

尹 安

(中國艦船研究設(shè)計中心，湖北 武漢 430064)

根據(jù)未來作戰(zhàn)環(huán)境對潛艇內(nèi)外部信息運用的需求，文中提出了潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)。首先分析了系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，梳理了信息顯示要素，并論述了硬件平臺的設(shè)備組成和設(shè)計方案。在軟件系統(tǒng)設(shè)計中，基于B/S模式構(gòu)建面向服務(wù)體系架構(gòu)，便于系統(tǒng)集成；根據(jù)對全艇平臺信息、電力信息、動力信息和視頻監(jiān)控信息管理和調(diào)閱查看權(quán)限控制的要求，采用基于角色的訪問控制機制進行權(quán)限模塊設(shè)計，滿足了綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)對細(xì)粒度權(quán)限控制的要求。文中還提出了定制化顯示界面設(shè)計方法，通過定制化信息界面模塊可便于作戰(zhàn)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(tài)勢信息；硬件框架；面向服務(wù)體系架構(gòu)；定制化信息界面

0 引 言

在計算機網(wǎng)絡(luò)、信息化等技術(shù)的推動下，潛艇自動化程度不斷提高，結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜。出于對潛艇安全保障和保持戰(zhàn)斗性能的考慮，作戰(zhàn)指揮員需要及時了解潛艇平臺系統(tǒng)的運行狀態(tài)、武器系統(tǒng)信息、作戰(zhàn)指控信息、隨艇資源信息和自噪聲信息等，以獲得對全艇態(tài)勢的感知。但由于不同系統(tǒng)的信息僅顯示在各自臺位上，不便于作戰(zhàn)指揮人員及時全面地掌握全艇綜合態(tài)勢信息。信息的綜合應(yīng)用關(guān)系到未來戰(zhàn)場的成敗，快速提供作戰(zhàn)指揮人員所需的艇內(nèi)和艇外態(tài)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(zhàn)指揮服務(wù)，可在不影響各戰(zhàn)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(tài)勢信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計思路。首先分析了系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，隨后從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面論述了系統(tǒng)設(shè)計方案，最后總結(jié)全文。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

潛艇綜合態(tài)勢信息包括外部態(tài)勢信息和內(nèi)部態(tài)勢信息兩大部分。系統(tǒng)設(shè)計的重點是要實現(xiàn)對全艇信息要素的合理顯示，并能結(jié)合輔助決策信息，向作戰(zhàn)指揮人員提供指揮決策。潛艇綜合態(tài)勢信息主要包括：

外部態(tài)勢信息：

(1)顯示聲納系統(tǒng)、雷達、指控系統(tǒng)顯控臺等臺位信息；

(2)顯示本艇周邊態(tài)勢信息；

(3)顯示導(dǎo)航系統(tǒng)信息；

(4)提供作戰(zhàn)輔助決策信息；

(5)可實現(xiàn)對桅桿設(shè)備的操控，并顯示對應(yīng)傳感器采集的視頻信號信息。

內(nèi)部態(tài)勢信息：

(1)顯示平臺系統(tǒng)信息，包括動力系統(tǒng)、操艇系統(tǒng)等信息；

(2)顯示各艙室大氣狀態(tài)信息；

(3)顯示本艇視頻監(jiān)控信息。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 硬件平臺設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)調(diào)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(dǎo)航操艇信息、作戰(zhàn)系統(tǒng)信息、平臺系統(tǒng)信息、輔助決策信息和艙內(nèi)外視頻監(jiān)控信息等。同時，艇長指揮椅提供對桅桿設(shè)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(yīng)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(jù)需要獨立顯示作戰(zhàn)系統(tǒng)信息、平臺信息或?qū)Ш叫畔⒌取ｏ@示方式可根據(jù)顯示信息的類型和數(shù)據(jù)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(qū)則可切換到該區(qū)域的單畫面顯示形式。可通過艇長指揮椅完成信息顯示界面設(shè)置和頁面切換，或者通過屏幕遙控器實現(xiàn)頁面切換。

3)集成計算平臺。

信息處理機作為該系統(tǒng)的“大腦”，主要包括以下模塊：

(1)數(shù)據(jù)解析模塊：按照制訂的設(shè)備信息交換協(xié)議完成數(shù)據(jù)解析，解析后的數(shù)據(jù)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(chǔ)上，為作戰(zhàn)指揮人員提供輔助決策功能。

(3)信息顯控模塊：轉(zhuǎn)發(fā)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(xiàn)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(shè)置和切換；接收大屏顯示控制遙控設(shè)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(wù)模塊：提供Web服務(wù)接口注冊、發(fā)布和調(diào)度功能。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)設(shè)計是潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)的核心。本節(jié)重點從體系架構(gòu)建立、權(quán)限模塊設(shè)計和定制化信息顯示界面設(shè)計展開論述。

2.2.1 面向服務(wù)體系架構(gòu)設(shè)計

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

通過這些服務(wù)之間定義的接口和契約聯(lián)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(fā)和系統(tǒng)集成更為敏捷、快速[8-11]。基于面向服務(wù)的架構(gòu)特性，每一個服務(wù)都可以被單獨地進行開發(fā)、測試，然后進行集成，從而構(gòu)建統(tǒng)一的“服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)”。基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的設(shè)計目標(biāo)如下：

(1)在傳感器處理層、顯控層等業(yè)務(wù)邏輯處理模塊采用“服務(wù)”模式。

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

(3)提供了服務(wù)接口的全艇各系統(tǒng)、平臺和設(shè)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(diào)用服務(wù)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(tài)人機界面，也可根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)態(tài)勢或個人偏好進行靈活設(shè)置。其中，數(shù)據(jù)顯示采用“服務(wù)”調(diào)用模式。

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

該系統(tǒng)采用B/S模式結(jié)構(gòu)，基于Web服務(wù)(Web Service)實現(xiàn)該“服務(wù)生態(tài)體系”。Web Service基于XML和SOAP(Simple Object Access Protocol)協(xié)議，是實現(xiàn)SOA體系架構(gòu)的較理想方式。在該系統(tǒng)設(shè)計中，公開對外調(diào)用接口的“服務(wù)”統(tǒng)一部署在Axis2(Apache Extensible Interaction System)中。Axis2是一個高效靈活的Web服務(wù)器，同時也是SOAP引擎，可接收客戶端發(fā)出的SOAP請求消息，查詢已部署的服務(wù)列表，并調(diào)用相應(yīng)服務(wù)和序列化服務(wù)產(chǎn)生的響應(yīng)。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(xiàn)客戶端和服務(wù)端的高效通信[12-14]。

基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)體系框圖如圖2所示。

圖2 面向服務(wù)體系架構(gòu)的體系框架

2.2.2 權(quán)限模塊設(shè)計

潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)對全艇平臺信息、電網(wǎng)信息、動力信息和視頻監(jiān)控信息等進行了統(tǒng)籌管理，以上信息對應(yīng)不同的指揮人員和操作人員，不同人員對信息的管理和調(diào)閱查看范圍也不同。因此，在潛艇綜合態(tài)勢信息的總體框架下需建立一套合理的權(quán)限模塊，實現(xiàn)職權(quán)對應(yīng)的信息調(diào)閱和定制化管理。該系統(tǒng)采用基于角色的訪問控制機制。系統(tǒng)設(shè)計時首先對權(quán)限進行細(xì)粒度劃分，建立了權(quán)限資源池，再將1個或多個權(quán)限賦予角色，最后根據(jù)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(xiàn)“用戶—角色—權(quán)限”的關(guān)系映射，具有較高的靈活性。該系統(tǒng)權(quán)限模塊設(shè)計示意圖如圖3所示。

在程序設(shè)計中，角色編碼采用2位數(shù)字表示，可設(shè)置99種角色控制標(biāo)識；權(quán)限編碼采用3位數(shù)字表示，可設(shè)置999種權(quán)限控制標(biāo)識。通過結(jié)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(tài)勢信息顯示系統(tǒng)細(xì)粒度的權(quán)限控制要求。

圖3 權(quán)限模塊設(shè)計示意圖

2.2.3 定制化顯示界面設(shè)計

綜合信息系統(tǒng)的信息主要來源于作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺系統(tǒng)。其中，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)涵蓋了指揮控制設(shè)備、聲納設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、桅桿設(shè)備、武器系統(tǒng)設(shè)備、雷達設(shè)備、發(fā)射裝置等，其中集成了大量監(jiān)測信息、控制信息、時間和空間數(shù)據(jù)信息；平臺系統(tǒng)涵蓋了潛艇動力系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備等，監(jiān)控全船直流輔機電網(wǎng)和交流電網(wǎng)、動力系統(tǒng)信息和大氣環(huán)境信息等。這些信息具有數(shù)據(jù)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(zhàn)指揮員而言是“信息爆炸”，并不能體現(xiàn)信息價值和提高作戰(zhàn)效能。此外，不同作戰(zhàn)指揮員對特定態(tài)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(quán)限范圍下，對其能查看和調(diào)閱的信息模塊采用定制化的界面設(shè)計可更好滿足作戰(zhàn)指揮人員信息獲取需求和體現(xiàn)個性化設(shè)計。

該系統(tǒng)對主要信息綜合顯示界面首先設(shè)置默認(rèn)顯示布局，作戰(zhàn)指揮人員可根據(jù)需要進行調(diào)整界面布局和刪減信息顯示模塊。默認(rèn)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(biāo)簽中，div標(biāo)簽中內(nèi)嵌有拖拽區(qū)域和主內(nèi)容顯示區(qū)域，如圖4所示。

圖4 div標(biāo)簽組成

用戶拖拽信息顯示模塊，自定義界面布局設(shè)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(shè)計流程

3 結(jié)束語

信息是主導(dǎo)未來戰(zhàn)爭勝負(fù)的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合未來

海戰(zhàn)場對潛艇內(nèi)、外部信息綜合顯示的要求，提出了潛艇綜合態(tài)勢信息顯示系統(tǒng)設(shè)計方案。論述了系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖和各組成硬件配置要求。從體系架構(gòu)建立、權(quán)限模塊設(shè)計和定制化信息顯示界面設(shè)計兩方面論述了軟件系統(tǒng)設(shè)計。文中完成了系統(tǒng)設(shè)計方案的初步探討和軟件系統(tǒng)原型設(shè)計，驗證了系統(tǒng)總體設(shè)計思路，后續(xù)還需重點解決軍用環(huán)境下服務(wù)發(fā)布、調(diào)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(yù)研課題項目(1010501010204)；中國艦船研究設(shè)計中心青年創(chuàng)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