摘要：安全关键系统的实现需要通过需求、设计、集成、验证和测试等多个阶段。近年来,模型驱动开发方法逐渐成为安全关键系统设计与开发的重要手段。由于还没有一个建模语言能够支持整个安全关键系统开发生命周期,因此选择集成使用2种广泛使用的标准语言:系统建模语言(SysML)和嵌入式实时系统体系结构分析与设计语言(AADL)。SysML和AADL提供了同一系统的2个不同视图,SysML模型为系统工程师提供了一个系统视图,AADL为架构设计师建立一个较低层次的设计视图,它结合了实现所有功能的硬件、操作系统和代码。提出一种SysML模型到AADL模型的自动转换方法。首先,定义SysML子集SubSysML,主要包括模块定义图(BDD)、内部模块图(IBD)、活动图(ACT)子集和从IBD和BDD扩展的AADL Profile;其次,定义SubSysML到AADL的转换规则并设计转换算法;然后,对生成的AADL初始模型进行精化;最后,使用EMF框架技术实现SubSysML到AADL的模型转换工具并通过雷达案例验证所提方法的有效性。

摘要：随着安全关键软件规模和复杂性不断增加,模型驱动开发方法在安全关键领域得到了广泛应用。SCADE作为一种重要的建模方法和工具,能够表达确定性并发行为且具有精确时间语义等特性,适用于安全关键软件的建模、测试与验证。目前,已有方法主要采用手工方式构造SCADE模型测试用例,存在需求与测试用例不一致、成本代价高且容易出错的问题。文中提出了一种基于自然语言需求的SCADE模型测试用例自动生成方法。首先,给出了基于模型检测的测试用例自动生成方法,通过自然语言需求处理生成原子命题,用于生成前提假设Assume和观察者模型,同时给出了陷阱性质(Trap Properties)生成规则来生成陷阱性质用于模型检测;其次,给出了基于覆盖分析和变异测试的测试用例质量评估方法,并在SCADE模型上进行变异测试;最后,设计和实现了原型工具,并基于一个工业界案例飞行员弹射座椅控制系统进行了案例分析,验证了所提方法的有效性。

摘要：综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,IMA)是安全关键领域中一类重要的复杂嵌入式系统,具有分布式、异构、计算资源和物理资源强耦合等特征,单一建模语言无法完全覆盖该类系统的建模要求.近年来,多范式建模方法(Multi-Paradigm Modeling,MPM)已成为IMA设计的研究热点.AADL(Architecture Analysis and Design Language)是一种安全关键嵌入式系统体系结构描述语言,具有丰富的表达能力和可扩展性.本文提出一种面向IMA的AADL多范式建模及代码自动生成方法.首先,给出面向IMA的AADL多范式建模方法,即AADL用于表达IMA软硬件架构,AADL行为附件、同步语言SIGNAL和SDL(Specification and Description Language)用于描述软件构件的功能行为,分别支持状态机、同步数据流、异步执行等多种计算模型.其次,给出面向IMA的代码自动生成方法,涉及IMA任务、分区、内核3个层面的代码及其配置文件的自动生成.最后,在AADL开源建模环境OSATE中实现多范式建模和代码生成原型工具,并基于飞机空气增压系统案例,验证本文所提方法的有效性.

摘要：近年来,采用模型驱动(Model-Driven)尤其是形式化模型驱动的安全关键软件设计与开发方法逐渐受到重视,并被工业界认为是切实可行的重要手段.AADL(Architecture Analysis and Design Language)是一种广泛应用于安全关键领域的形式化建模语言标准.在安全关键软件系统开发与维护过程中,部分需求与设计信息往往遗留在源代码中,在对已有软件系统架构进行复用或重构的过程中,如何将这部分需求与设计信息从代码中构造到设计模型是一个重要问题.本文基于模型驱动逆向工程,提出一种从C代码到AADL模型的自动构造方法C2AADL.首先分析了源语言结构、行为和运行时性质,并根据分析结果提出了源代码结构、行为和运行时性质到AADL模型的转换规则,然后根据转换规则设计并实现了原型工具,最后基于雷达信息处理子系统案例验证本文所提方法的有效性.

摘要：随着航天器交会对接任务越来越复杂,对其高效性、自主性和安全性的要求急剧增加。近年来,引入强化学习技术来解决航天器交会制导问题已经成为国际前沿热点。障碍物避撞对于确保航天器安全交会对接至关重要,而一般的强化学习算法没有对探索空间进行安全限制,这使得航天器交会制导策略设计面临挑战。为此,提出了基于安全强化学习的航天器交会制导方法。首先,设计避撞场景下航天器自主交会的马尔可夫模型,提出基于障碍预警与避撞约束的奖励机制,从而建立用于求解航天器交会制导策略的安全强化学习框架;其次,在该安全强化学习框架下,基于近端策略优化算法(PPO)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)这两种深度强化学习算法生成了制导策略。实验结果表明,该方法能有效地进行障碍物避撞并以较高的精度完成交会。另外,通过分析两种算法的性能优劣和泛化能力,进一步证明了所提方法的有效性。

摘要：安全关键系统和软件的安全性、可靠性需要形式化验证来保障,使用形式化验证的前提是从自然语言需求文本中提取相关验证性质并将其转化为形式化规约,这已成为当前形式化验证领域研究的热点和难点.当前的形式化规约提取工作大多针对英文需求,较少针对中文自然语言需求.此外,由于AADL具有强大的表达能力和完善的验证机制,已成为航空航天领域的主要建模语言之一,而现有的工作较少考虑如何从需求中提取AADL模型的验证性质.为了解决上述问题,本文提出一种面向自然语言需求的AADL模型验证性质自动生成方法,从自然语言需求中提取验证的相关性质,并将其转化为AADL模型验证工具AGREE可识别的形式化规约.首先,定义了模式定义语言(Contract Pattern Language,CPL),将需求划分为不同模式,并给出由固定句型和占位符组成的需求模板;其次,通过自然语言处理技术解析需求文本,获取替换需求模板中占位符的原子命题,以便生成完整的形式化规约;最后,设计并实现了相关工具,并将其用于工业界实际案例来说明该方法的可用性和有效性.

摘要：随着安全关键系统的规模和复杂性不断增长,单一建模语言无法完全覆盖该类异构系统的建模要求.近年来,多范式建模方法逐渐成为表达复杂异构系统的有力手段,而安全性分析则是保证安全关键系统质量的重要步骤.本文提出一种面向安全关键系统的多范式建模及安全性分析方法.首先,使用SysML和AADL两种建模语言对安全关键系统进行多范式建模,SysML定义系统需求和逻辑架构,AADL则用于表达系统实现的物理架构、执行平台和应用软件运行时.其次,面向航空适航安全分析标准ARP4761的要求,对多范式模型进行安全性分析,即,为支持SysML系统定义层的安全性分析,提出安全性扩展附件SafetyProfile用于表达安全性信息,并将安全模型和SysML系统模型进行链接,自动生成功能危害评估报告和故障树;提出SysML系统模型和安全模型到AADL架构模型和错误附件模型的自动转换方法,并对AADL模型进行系统实现层的安全性分析.最后,设计实现了原型工具,并以航空领域的飞机空气增压系统(Airplane Air Compressor System)这一安全关键系统为案例,验证本文所提方法和工具的有效性.

摘要：安全关键软件需求中的相关知识大多需要手工提取,既费时又费力。近年来,人工智能技术逐渐被应用于安全关键软件设计与开发过程中,以减少工程师的手工劳动,缩短软件开发的生命周期。文中提出了一种安全关键软件术语推荐和需求分类方法,为安全关键软件需求规约提供了基础。首先,基于词性规则和依存句法规则对候选术语进行提取,通过术语相似度计算和聚类方法对候选术语进行聚类,将聚类结果推荐给工程师;其次,基于特征提取方法和分类方法将安全关键软件需求自动分为功能、安全性、可靠性等需求;最后,在AADL(Architecture Analysis and Design Language)开源建模环境OSATE中实现了原型工具TRRC4SCSTool,并基于工业界案例需求、安全分析与认证标准等构建实验数据集进行了实验验证,证明了所提方法的有效性。

摘要：针对现有实验设计方法难以对复杂系统进行高效实验设计的问题,本文提出了一种基于变分自编码器的实验设计方法,首先利用实验历史记录数据训练变分自编码器将复杂的实验样本空间编码到一个较为简单的隐变量空间,然后在该隐变量空间里进行取样,最后通过解码器还原产生新的实验样本,完成实验设计.通过对比本文方法与数种基准实验设计方法的结果在拟合直航鱼雷命中模型时的表现情况,表明在取相同样本数的情况下,本文方法可以优化实验设计,提高实验效率.

摘要：随着航空电子系统复杂化的发展趋势及自主可控的要求,对这类复杂系统建模后如何自动生成面向国产机载操作系统的软件代码并验证模型/代码语义一致性具有重要研究意义。文章提出面向国产机载操作系统的航空电子软件代码自动生成方法。首先,使用AADL对综合化航空电子系统进行建模,设计AADL模型到源代码的转换规则,自动生成面向国产机载操作系统的平台相关代码及配置文件;其次,通过AGREE Annex和BLESS Annex契约对AADL模型进行形式化验证,并提出契约到C语言验证代码的转换规则,将验证代码与模型生成的源代码进行结合,部署在国产机载操作系统上进行仿真执行;最后,基于AADL开源建模环境OSATE设计并实现了代码自动生成工具,实验结果验证了方法和工具的有效性。