面向适航认证的IMA架构安全性评估方法

对综合模块化航空电子系统(integrated modular avionics,IMA)架构安全性进行准确客观的评估是民机安全性评估乃至适航工程的重要研究内容。提出了一种面向适航认证的IMA架构安全性定性与定量相结合的综合评估方法。首先,提出了IMA架构安全性评估框架,在此基础上建立了安全性多维属性评估模型与评估指标体系;然后,利用中介真值程度度量(measure of medium truth degree,MMTD)理论对指标得分进行综合处理与评估;最后,给出架构安全性评估实例,表明该方法可操作性较强,评估结果可量化且有可比性,能有效保障IMA架构安全性评估过程的客观性和评估结果的准确度。     

基于航电系统架构模型的安全性分析工具的设计与实现

航电系统作为安全关键系统,必须对其进行共模分析和区域安全性分析,以满足系统的隔离性需求。随着航电系统综合化程度的提高,传统的共模分析和区域安全性分析方法主要依赖于分析人员对系统的理解程度,无法确保隔离性需求的完整性。同时由于安全性分析人员与系统设计人员对系统的理解不同而导致系统需求难以追溯,尤其在设计方案频繁变更的情况下,会出现安全性分析结果不准确、不一致的情况。针对上述问题,设计并实现了一种基于航电系统架构模型的安全性分析工具,通过采用物理架构中数据信号路径追溯的方法自动完成故障树建模,并基于此故障树完成共模分析和区域安全性分析,得出共模检查单和区域隔离性需求。以某飞机驾驶舱显示系统为案例的实验结果表明,该工具能对SysML语言描述的航电系统架构模型进行故障树自动建模,并能对需要隔离的系统组件进行标记,确保了共模分析和区域安全性分析结果的完整性。     

基于Spin的SysML活动图验证框架

系统建模语言（systems modeling language,SysML）缺乏精确的形式化分析和验证手段,造成模型存在死锁、活锁等诸多问题,可以通过形式化验证方法来提高模型的正确性。然而,受制于传统的形式化方法需要复杂的公式推理,并且不易理解等方面局限性,大多数验证仅限专家使用并且很耗时。为了克服SysML模型中存在的问题,提出了一种针对SysML多层次活动图的分析验证框架。它可以根据已构建的模型,将多层次活动图分解转换为Spin的输入模型,并对相关子图进行重组和验证。实验表明,该方法可以有效识别多层次活动图,并准确实施转换,为模型验证的演化提供支持。     

一种基于航电系统架构模型的故障树自动建模方法

航电系统作为安全关键系统,利用故障树对其进行安全性分析十分必要。然而,传统的故障树依靠手工构建,主要依赖于分析人员对系统的理解程度;同时由于安全性分析人员与系统设计人员对系统的理解不同而很难保证失效模式与系统架构的一致性。针对上述问题,提出了一种基于航电系统架构模型的故障树自动建模方法:通过向系统设计模型中添加相应的安全性属性,并嵌入高级形式化语言AltaRica中的断言机制描述故障转移过程,由此形成安全性分析模型;基于此模型利用路径追溯的方法完成故障树自动建模。以某飞机驾驶舱显示系统为案例的研究结果表明,所提出的方法能基于航电系统架构模型有效进行故障树自动建模,从而确保了故障树分析结果的完整性。     

基于白化权函数聚类法的航电系统效能评估

航空电子综合系统是作战飞机的神经中枢,准确评估航电系统的效能对我国航空电子技术的发展具有重要意义。为了用灰色白化权函数聚类法对基于1553B总线的航电系统进行效能评估。首先将1553B总线负载、延迟时间、总线使用效率三项指标分为优、良、中、差四个灰类,综合各指标的白化权函数和其隶属于不同灰类的权重得到航电系统聚类系数向量,然后由该向量中的最大聚类系数所属灰类来确定该航电系统的灰类等级。灰色白化权函数聚类方法为航电系统的设计和效能评估提供了重要方法和理论依据。     

基于扩展SysML活动图的嵌入式系统设计安全性验证方法研究

能源、交通等领域中复杂嵌入式系统设计的安全性分析与验证工作已经成为当前的重要研究热点之一;本文提出一种结合MARTE语义信息的扩展Sys ML活动图模型,用于描述安全关键应用中的嵌入式系统动态行为的设计,并对此扩展模型展开基于模型转换的系统设计安全性特征的形式化分析与验证方法的研究;包括:构建了Sys ML活动图与MARTE中非功能性质建模语义相结合的元模型,以及验证工具UPPAAL的时间自动机元模型,并且给出了二者之间的语义映射规则;建立了从时间自动机模型描述到UPPAAL工具输入格式之间的语法转换方法;设计了一个基于AMMA平台的面向扩展Sys ML活动图的模型转换与验证框架;最后,给出了一个高铁控制系统设计模型的安全性验证的实例分析.     

基于SysML的嵌入式软件系统建模与验证方法研究

嵌入式软件系统由于广泛采用分布式异构网络,使得软件系统复杂性呈现几何增长,因此需要在系统设计的论证阶段,对系统需求和设计方案进行正确性和充分性验证,进而发现系统性设计缺陷,避免可能引发或导致的严重系统性问题。为此,提出一种基于SysML的嵌入式软件系统结构与行为需求建模方法。通过对嵌入式软件系统的结构和逻辑行为进行层次化建模,并利用Modelica离散与连续融合的仿真特点,在系统需求论证阶段,基于建立的仿真模型对系统关键功能指标进行仿真,结果表明,该方法对系统需求论证具有可行性。     

IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现

飞行器故障管理技术是避免其部件/系统部分或全部失效的技术和方法,是保护飞行器安全性、维护性的重要技术之一。面对综合化模块化航空电子(IMA)系统架构显现出的故障密集、多类、相互影响和蔓延等特点,讨论了一种多级故障管理机制,通过故障检测、健康监控、故障滤波和故障处理等方法,针对IMA航电系统的面向域的层次化划分方式,实现了航电系统模块级、集成区域级和飞机级的多级故障管理机制,使得航电系统故障能够自动收集、过滤、分级派发、接管等,制止了故障蔓延,提高了飞机的安全性。试验验证表明满足设计需求,并已在某型飞机上得到应用。     

基于模型的综合航电平台初步设计

现代航电系统越来越复杂,平台设备越来越多,依赖于IMA集成者经验的资源分配方法易出错且不方便检验。本文提出一种基于模型的综合航电平台初步设计方案。系统结构模型根据系统结构元模型进行定义,平台结构模型根据平台结构元模型进行定义,系统和平台结构模型具有特定格式,使得结构定义更加清晰规范,进而为分配约束的提取、分配方案的验证提供了条件。从普通需求及从安全性需求提取资源分配的约束,并将约束转化约束求解器ILOG输入格式OPL进行求解,对得到的候选分配方案进行安全性分析,判断是否接受此分配方案。最后对座舱显示系统进行实例分析,结果验证了所提方法的实用性和有效性。      

航空电子系统故障管理体系结构研究

军用航空电子系统承载着战机绝大多数作战任务,是决定战机作战效能的重要因素.故障管理体系结构及技术是保证航空电子系统和战机安全性的重要技术之一.概述了航空电子系统含义、功能分配结构及功能与资源的映射关系,总结了航空电子系统顶层设计原则,可指导故障管理体系的构建.探讨故障管理的含义和任务,论述联合式和IMA两类航电系统故障管理结构,并就其共性问题进行探讨.最后试探性地提出故障管理体系结构需进一步研究和解决的问题.     

综合航电系统健康管理体系结构设计

健康管理体系结构是军用综合航电系统的重要组成部分,关系到综合航电系统和战机安全性、生存性、维护性等多方面.概述了综合航电系统的结构组成,剖析了健康管理的内涵.通过论述系统、环境和人对系统失效行为的影响,归纳了系统失效类型,明确了健康管理体系结构设计的三方面需求.在此基础上,提出了一种新的健康管理体系结构,并完成了机载部分和地面部分的基本结构设计,分析了系统健康信息处理流程,最后就下一步要研究的问题进行了探讨.     

一种航电系统接口软件的架构设计

在机载雷达系统研制过程中多采用半实物仿真验证雷达功能,通常由航电系统在半实物仿真平台与雷达系统之间完成数据的传输交互.为了适用于不同型号的雷达系统,在半实物仿真平台与航电系统之间需要一个接口适配环节.基于上述需求设计了一种航电系统接口软件,通过采用层次化和模块化的开发模式和接口配置、协议配置、流程配置等方法,实现了半实物仿真平台与航电系统之间的接口适配.同时该软件具有数据的收发和存储等功能,并确保数据传输的实时性和正确性.     

综合航电系统故障处理机制研究

故障处理是综合航电系统的一项关键技术,关系到综合航电系统甚至战机的安全性、维修性和可靠性等诸多方面.总结概括了综合航电系统的特点,分析明确了其对故障处理的需求.针对机上实时故障处理的要求,采用分层处理、统一管理的策略,设计了一种分层的故障处理机制——从设备层、综合区域层和航电系统层三个层次分别进行故障处理的流程设计和所需的蓝图设计,并对故障处理各个阶段采取的策略进行了说明和讨论.最后,就下一步需要研究和解决的问题进行了探讨.     

一种以安全性为中心的IMA软件体系结构设计方法

在改进体系结构权衡分析法的基础上,提出了一种以安全性为中心的IMA软件体系结构设计方法。利用危险场景评价IMA软件体系结构的安全性,针对重大安全设计隐患,给出相应的危险预防、消除或减轻策略;利用契约捕获IMA体系结构求精所需满足的约束,推动IMA软件体系结构螺旋式求精。本设计方法有助于消除IMA软件中可能会影响综合航电系统以及飞机安全性的设计缺陷。     

基于模型驱动的航电系统安全性分析

针对综合化航空电子系统安全性分析存在的失效模式完备性和动态失效问题以及数据一致性问题,将航电系统分为应用操作层、功能层和资源层3个层次,采用形式化方法分别对每个层次进行建模,利用模型转换技术实现3个层次之间的语义转换,确保语义的一致性。利用AADL语言对系统应用操作和功能层建模,实现对应用操作模式完备性检查,利用AltaRica语言对系统的异常行为建模,实现对系统的动态失效问题分析。本文以飞机自动驾驶系统为例,利用AADL建模工具Osate实现对应用操作模式的分析,借助于基于AltaRica语言的SimFia工具对其安全性进行分析,结果验证了所提出方法的有效性和实用性。     

综合航电实时测试系统的软件设计与实现

针对综合航电系统的信号特征和测试需求,设计并实现了用于综合航电地面交联试验的实时测试系统;同时对航空总线信号、各种功能信号进行测试、分析和故障诊断,在测试软件的设计和实现过程中运用了多线程编程技术,阐述了在Labwindows/CVI环境下多线程的实现过程;最后对该系统的测试结果进行了分析,测试数据与测试实时性均满足测试需求。     

基于模型的航电系统研发方法研究

为满足航电系统的结构越来越复杂、系统综合化程度越来越高的需要,提出了基于模型的航电系统研发方法.详细介绍了自顶向下的模型化系统设计、自动化系统的实现以及基于模型的系统仿真和测试方法.通过实际项目的应用和验证,基于模型的航电系统研发方法能够有效地加快设计迭代速度,减轻人工编写代码的工作量,提升研发团队的协同开发能力.