摘要
现代航空电子系统是一种要求具备高可用性，高安全性的安全关键系统。随着该系统的现代化水平逐渐提高，其内部集成度、系统耦合度、数据交互复杂度也在不断提高。为了防止以上因素导致系统安全性降低，近年来业内采用形式化方法与基于模型的安全性分析（ModelBasedSafetyAnalysis,MBSA）来检验复杂系统的安全性。变量关系模型（VariableRelationshipModel,VRM）是一种面向航电系统需求的形式化模型，模型中采用的条件、事件等语义可以对系统需求准确描述，其模式集用来描述系统所处工作模式以及模式转换关系。SysML是目前工业界主流的系统建模语言，支持对复杂系统的架构、数据流建模，其模型语义信息包含系统安全性分析和仿真设计所需的各类事件以及序列信息等。如何综合使用这两类系统模型来完成航电系统在需求和设计阶段的系统安全性分析任务，是目前航电领域中亟需研究的一个热点问题。 本文研究工作面向机载航电系统领域，设计一个基于形式化模型的系统安全性分析框架，支持在系统需求层级进行VRM需求模型的分析与仿真，以及在系统架构层级进行故障树的自动生成和安全性分析，具体研究内容包括： （1）提出一种面向系统需求层级的安全性分析方法。这种方法综合考虑了VRM形式化需求模型和SysML模型中的动态领域模型——行为图的语义特征。首先为了保证需求模型的一致性和完整性，设计了面向VRM模型的一致性、完整性分析方法；然后设计了一个面向需求模型的仿真流程，对形式化需求模型进行仿真分析，以实现对静态需求模型的动态演示，模拟真实场景下系统状态变化的过程，使该需求模型符合系统工程人员的设计要求； （2）提出一种面向系统架构层级的安全性分析方法。先使用SysML模型描述系统整体架构，再将SysML模型转换为AltaRica3.0形式化模型，并进一步平展化生成卫士转换系统GTS模型。然后基于GTS模型，设计故障树自动化生成算法，最后所构建的故障树模型可以提供给系统设计人员和分析人员进行故障树分析，如：提取最小割集、顶事件等常用可靠性指标等； （3）设计一个面向系统模型的安全性分析平台，包括了以上述两个模型层级工作所对应的仿真工具模块与分析工具模块。从总体设计的角度出发，构建平台框架、划分功能模块并设计总体操作流程。同时，设计了多种类型的视图界面，使得安全分析人员在仿真过程中能更加清晰明了地观察系统的变化并对仿真结果进行分析； （4）最后，以飞行制导系统进行实例系统研究，来展示上述理论研究内容和仿真工具及平台分析的执行过程。先给出整个飞行制导系统的背景知识、架构组成，模块定义等内容；之后根据提出的VRM建模规范与SysML辅助仿真模型的建模规范进行建模。在仿真工具中，首先导入系统模型与辅助仿真模型，随即测试了工具中的仿真功能，并根据结果进行分析，验证工具的可用性和方法的正确性。
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