一种基于信号时态逻辑在线监测器的统计模型检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信号时态逻辑（Signal Temporal Logic,STL）在线监测器的统计模型检测方法，旨在有效验证信息物理融合系统的性质。具体实施步骤如下：对系统需要满足的性质约束用概率信号时态逻辑（Probabilistic STL，PRSTL）描述，解析出性质中STL描述的部分；根据STL的鲁棒性语义实现基于Simulink的STL在线监测器；使用STL在线监测器实时验证系统满足性质约束的鲁棒性值，并使用统计分析器对验证结果评估，得到满足系统性质的概率区间。本发明专利技术针对使用传统统计模型检测方法验证信息物理融合系统时，所面临的系统性质描述能力不足以及模型检测效率不高的问题，提出使用PRSTL描述系统性质，基于在线监测器验证单条仿真迹。该方法有效减少了模型验证单条仿真迹的时间，能够有效提高模型验证的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号时态逻辑在线监测器的统计模型检测方法
本专利技术属于面向CPS的统计模型检测方法领域，尤其涉及一种基于信号时态逻辑(SignalTemporalLogic,STL)在线监测器的统计模型检测方法。
技术介绍
信息物理融合系统(CyberPhysicalSystems,CPS)是基于传统的嵌入式系统发展起来的一种复杂系统，涉及连续的物理环境和离散的计算系统，两者实时交互，深度融合，系统行为具有混成特性。安全攸关CPS广泛应用于国防、智能交通、汽车电子、航空航天、电子医疗等领域，此类CPS系统的安全性、可靠性至关重要，因此，使用模型检测技术验证分析CPS系统的正确性，定量评估系统行为的可靠性具有重要理论意义及应用价值。由于CPS系统的随机混成性，基于状态遍历的传统模型检验方法并不适合此类系统，连续的变量变化会造成状态爆炸。因此基于仿真的统计模型检测(StatisticalModelingChecking,SMC)技术成为验证CPS系统的主流方法。统计模型检测技术建立在蒙特卡洛模拟、假设检验等统计方法之上，通过统计分析系统仿真运行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信号时态逻辑在线监测器的统计模型检测方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：/nS1：根据信息物理融合系统的需求，使用PRSTL表达系统的性质约束；/nS2：解析PRSTL公式P(ρ(φ，ω，t)＞d)，提取出STL公式，其中P为概率算子，φ是STL公式，ω为系统仿真迹，t为时间，d为鲁棒性值，ρ为计算STL公式φ满足单条系统仿真迹ω鲁棒性值的函数；/nS3：根据STL公式的鲁棒性语义，将STL公式的每个原子语法结构转换成Simulink的块结构，从而构建一个STL语法结构库；基于STL语法结构库生成验证STL公式的在线监测器；/nS4：将信息物理融合系统的Simulink模型与...

【技术特征摘要】
1.一种基于信号时态逻辑在线监测器的统计模型检测方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
S1：根据信息物理融合系统的需求，使用PRSTL表达系统的性质约束；
S2：解析PRSTL公式P(ρ(φ，ω，t)＞d)，提取出STL公式，其中P为概率算子，φ是STL公式，ω为系统仿真迹，t为时间，d为鲁棒性值，ρ为计算STL公式φ满足单条系统仿真迹ω鲁棒性值的函数；
S3：根据STL公式的鲁棒性语义，将STL公式的每个原子语法结构转换成Simulink的块结构，从而构建一个STL语法结构库；基于STL语法结构库生成验证STL公式的在线监测器；
S4：将信息物理融合系统的Simulink模型与STL在线监测器进行组合，即将需要验证的系统性质信号作为在线监测器的输入；对组合了在线监测器的系统模型进行仿真，定义STL公式满足程度的约束条件，当该约束不被满足时，在线监测器及时终止仿真并输出验证结果；
S5：采用基于贝叶斯的统计模型检测算法BIE，读取在线监测器的结果并进行统计分析，重复S4直到统计算法收敛，评估出系统模型满足性质的概率区间。


2.根据权利要求1所述的统计模型检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31：分析STL的鲁棒性语义，将STL的每个语法结构翻译成Simulink块；包括：
1)对于STL语法中不含时态算子的公式可直接根据语义翻译成Simulink块，其中x～μ是在实数域上的原子谓词，其中～∈{≤，＜，≥，＞}，x是信号，是常量值，φ和ψ都是STL公式；
a)对于原子谓词x～μ，使用Simulink中的比较块来计算原子谓词的鲁棒性值，将x、μ作为块的输入；
b)对于使用Simulink中的Gain模块进行求解，将模块参数设为-1；
c)对于公式φ∧ψ，使用Simulink中的MIN块，将公式φ和ψ的鲁棒性值作为块的输入；
d)对于公式φ∨ψ，使用Simulink中的MAX块，将公式φ和ψ的鲁棒性值作为块的输入；
2)STL中包含时态算子的公式φ＝F[a，b]φ|G[a，b]φ|φU[a，b]ψ，需要增加Delay模块实现时间映射从而计算公式的鲁棒性值；其中[a，b]为时间区间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭童，杜德慧，张铭茁，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31