● 摘要
计算机系统已经在航空航天领域中得到了广泛的应用，现代飞机几乎所有重要功能系统都与软件密切相关，但是软件的高度复杂性对机载系统的安全性和可靠性产生了极大的负面影响。为了确保机载软件的安全，需要对其进行足够的安全认证才能投入使用。目前采用的标准是美国航空无线电委员会提出的航空适航认证标准体系DO-178B以及DO-178C，标准体系规定了A级软件开发验证过程，并规定了由系统需求开发高层需求的过程及高层需求的验证目标。综合化模块航电系统是目前机载电子系统结构的最高层次，但是综合化失去了联合式结构中物理隔离的优势，且对领域专家要求提高；目前比较流行的是采用AADL语言、UML MARTE等对机载软件进行建模，对开发人员要求比较高，给开发带来了一定的难度且很难对系统需求进行验证，不能保证需求的完整性、一致性及可追溯性；对于机载软件系统的高安全性、实时性等需求，很多研究都是基于UML给出建模方法，该方法不易追溯和验证需求。
针对上述问题，本文提出一种基于知识图的机载软件高层需求建模与验证方法，该方法以因果模型为基础进行开发，依据ARINC领域知识标准构建知识图，基于知识图完成高层需求的建模与验证。本文主要工作如下：
提出一种领域知识的描述方法和机载软件领域知识图模型，利用有效的数据共享和并发控制技术来协同构建管理领域知识图，并在构建时确保知识图的无环性。
提出基于知识图对系统需求进行建模的方法，设计知识匹配算法得到高层功能性需求，并对系统需求中性能、安全性和保密性等非功能需求提出转换方法得到高层非功能性需求。
提出基于知识图对高层需求进行验证的方法，利用知识图匹配算法在高层需求建模的过程中验证其完整性，利用因果链表示高层需求来验证其一致性，利用知识图的特性验证高层需求的可追溯性。
在以上工作的基础上，设计实现了基于知识图的高层需求的建模与验证工具，该工具可以供领域专家协同构建知识图，并对给定的系统需求完成高层功能和非功能需求的建模，实现对高层需求的完整性、一致性和可追溯性的验证。