[发明专利]一种信息物理融合系统时序逻辑鲁棒性评估方法

摘要

本发明给出一种信息物理融合系统时序逻辑鲁棒性评估方法，首先，采用一种时序逻辑捕获和抽象信息物理融合系统的动态特性，将信息物理融合系统转化成用户定义的系统模型，采用时序逻辑公式来表示系统的有限轨迹；第二，利用模型检验技术对所建立的模型进行验证，保证了上述模型的正确性，并将系统不满足公式的反例即伪造轨迹反馈给用户；最后，根据系统的轨迹和时序逻辑规范采用优化方法对其进行鲁棒性评估，按照一定的方法流程，设定时间域区间，获得在不同状态序列在不同采样点的鲁棒性值，将最终求出的代表整个系统的鲁棒性值反馈给用户，实现了线性运行时间和恒定的内存使用，能够节省内存空间，减少了系统的运行时间并提高了系统的效率。

主权项

一种基于信息物理融合系统时序逻辑鲁棒性评估方法，其特征在于该方法所包含的步骤为：步骤1)建立信息物理融合系统的系统模型采用度量时序逻辑来描述用户指定的信息物理融合系统正确的或者预期的行为，将信息物理融合系统转化为满足度量时序逻辑规范的系统模型Σ，用度量时序逻辑公式来表示系统事件的有限时间状态序列，所述度量时序逻辑可以用于描述实时系统，设定有限的原子命题集合AP，定义度量时序逻辑的公式的形式为：其中p是原子命题，p∈AP，T是True；和均为度量时序逻辑的公式；UI为时序逻辑操作符，在UI中的下标I是在时序逻辑操作符上的时间域区间，该区间是开区间、闭区间或者半开半闭区间，它的左右端点是正有理数或者是∞；所述度量时序逻辑公式所支持的标准化命题的常量和操作为：True、False、其中True表示逻辑“真”；False表示逻辑“假”；表示公式和公式逻辑与操作；表示公式和公式逻辑或操作；表示公式的逻辑取反操作；表示公式蕴含公式的操作；表示在所有将来时间，公式都为真；表示在将来某个时间，公式为真；表示在时间点k成立当且仅当存在某个时间点k'∈(k,k+I]，使得在时间点k'成立，并且在整个区间[k,k')均成立；用集合表示原子命题p的集合，其中X为实数集；设置I＝[a,b]、集合的取值范围、采样点的个数m，其中a和b为用户指定的时间，a<b；步骤2)验证模型步骤21)利用模型检验来对步骤1)中所提出的模型进行验证，用户根据信息物理融合系统的特性设定要验证的性质，利用模型检验工具去验证该模型是否满足用户所设定的性质；步骤22)若模型满足用户所设定的性质，则模型检验结果为“是”并返回给用户，转到步骤3)；步骤23)若模型不满足用户所设定的性质，则模型检验结果为“否”并返回给用户，给出违反性质的行为反例，此时，转到步骤1)通过调整时间范围、集合的取值范围或时序逻辑操作符，再转到步骤2)进行模型验证，直到模型检验结果返回“是”为止；所述模型检验是对有穷状态系统的一种形式化确认方法，主要通过显式状态搜索或隐式不动点计算来验证有穷状态系统的模态或命题性质，模型检验的基本思想是用状态迁移系统S表示系统的行为，用模态或时序逻辑公式F描述系统的性质，这样“系统是否满足所期望的性质”就转化为数学问题“状态迁移系统S是否是公式F的一个模型”，用公式表示为步骤3)分配子公式对上述步骤1)中建立的度量时序逻辑公式从左到右进行描述，分解产生子公式ψi，i是子公式的编号，1≤i≤n，n是分配出的子公式个数，所述子公式ψi是度量时序逻辑公式，只包含其他子公式和步骤1)中的度量时序逻辑公式所支持的标准化命题的常量和操作，公式不断进行分配，直到分解到最简单的子公式为止，最简单的子公式是指只包含一个原子命题p的度量时序逻辑公式；步骤4)评估鲁棒性值用户设定评估鲁棒性值的限定时间T，在该限定时间内利用步骤3)中的子公式ψi和系统的时序逻辑规范来评估各个子公式ψi的鲁棒性值；所述鲁棒性值是指度量时序逻辑公式解析树的根节点的子公式ψi在轨迹的第一个采样点的鲁棒性值，该鲁棒性值是给定信号和满足系统需求的信号集合的边界之间的距离；具体步骤如下：步骤41)根据步骤1)中的时间范围和原子命题取值范围，用户自己设定一系列有限的输入信号，每一个时间点即采样点对应一个确定的数值，根据公式中的时序逻辑操作符来设定所需的边界值；步骤42)采用从度量时序逻辑公式的解析树底部向上、从时间轴上的最后一个采样点j依次向前的顺序来评估各个子公式ψi的鲁棒性值，具体步骤如下：①当i＝n，j＝m时，在采样点j上，ψi的鲁棒性值为步骤41)中的边界值，并将该鲁棒性值存储在计算机内存中；m为采样点的个数；②当1≤i<n时，使用采样点子公式ψi+1的鲁棒性值，在当前采样点j上，当采样点j对应时间点为t，子公式ψi的鲁棒性值等于子公式ψi+1在[t+a,t+b]时间范围内所有采样点上的鲁棒性值逻辑合，a和b为用户指定的时间，1≤j≤m，所述鲁棒性值逻辑合是指所有鲁棒性值中的最大值；步骤43)当上述过程是在设定的限定时间T之内完成，则将ψ1时间点为0的采样点的鲁棒性值反馈给用户，抛弃其他所有评估出的鲁棒性值来释放存储空间；当超出设定的限定时间T，则将ψ1在所有采样点上的鲁棒性值中最小的鲁棒性值反馈给用户，抛弃其他所有评估出的鲁棒性值来释放存储空间。