基于聚类分析的软件多故障定位技术

故障定位的思想一般是通过对程序语句及其执行结果的分析,从而定位到存在缺陷的程序语句的位置.目前,软件单故障定位技术研究较多,多故障相关研究较少.本文根据程序语句覆盖执行信息构造程序谱,提出基于聚类分析的软件多故障定位技术方法,在Siemens测试程序集的基础上,和现有的一些基于程序谱的定位方法进行对比,在大部分的情形下,验证了本文提出的基于聚类分析的软件多故障定位技术在软件多故障定位方面的定位效率要优于这些方法,减少测试人员的工作开销.     

一种软件脆弱性自动分析定位的方法

摘要： 为了更好地满足航空航天领域中使用的多种嵌入式软件的高可靠性要求，设计一种软件脆弱性自动分析定位的方法.该方法基于程序切片技术，改进现有的前向计算动态切片算法，利用动态程序切片收集程序运行时的动态信息，构造程序切片谱，设定相关统计量统计程序语句的脆弱性可疑度，生成脆弱性定位报告.在发现软件中存在的脆弱性后，该方法对导致此脆弱性的程序代码根源实现了自动分析定位.基于此方法设计开发了软件脆弱性自动定位工具并进行了实例验证分析，实验证明了该方法的有效性.     

基于程序行为累积分析的软件故障定位方法

软件出现失效后,如何根据软件运行时的输入以及运行行为来快速定位引发失效的故障是一个非常有价值的研究问题.提出了故障定位的锥状框架,并基于其将故障定位问题表示为一个分层细化的过程.在软件输入层,利用程序行为累积分析技术对软件的行为进行建模分析,得到了统计故障定位模型,从而解决了软件输入层的故障定位问题.为了检验故障定位模型的效果,选择了5个软件进行实验,对其中4个设计并植入故障,另外1个为真实软件,实验获得了平均0.803的定准率和平均0.697的定全率.在此基础上,如何应用程序行为累积分析技术在软件设计模块层解决故障定位问题得到了进一步的分析.      

一种控制系统故障处理中的互斥设计方法

航天器控制系统中多种故障处理均进行推力器切换操作，而推力器切换操作需要多个控制周期来完成，一旦开始执行应不被打断，否则会导致推力器切换错误.针对在短期内先后触发两种及以上故障时可能导致推力器切换时序冲突和推力器切换错误的情况进行了充分分析.提出了一种软件互斥设计方法，解决多种故障短期内交叉耦合触发引起的推力器切换错误问题.测试结果表明，该方法能使单故障和多故障触发的推力器切换操作正确有效.     

利用改进遗传算法的软件故障定位辅助测试用例生成方法

在软件故障自动化定位过程中，如果在给定的测试用例集合情况下故障在故障疑似度列表种排名不高，比较有效的方法为补充新的测试用例。如何在较小的代价下提升故障的可疑度排名是一项具有挑战的工作。提出一种基于改进遗传算法(IGA)的测试用例生成方法，利用软件故障定位的疑似故障排名，来辅助生成软件故障定位过程中的测试用例。依次对所提方法进行阐述和分析，在6个C程序和2个Python程序上开展实验，实验结果表明：所提方法自动生成的测试用例能够有效地帮助提高故障定位的效率。     

基于测试性D矩阵的多故障诊断与维修策略

针对复杂的多故障诊断问题以及多故障直接处理方法实现的难点,在测试性D矩阵基础上,提出了一种基于单故障化的多故障诊断与维修策略（MFDMSTS）。首先,在多故障假设下引入析取运算,定义了可隔离单故障和可隔离多故障,据此定义将多故障转化为单故障,并将转化的单故障与测试集组成新的D矩阵;然后,运用单故障诊断算法处理新的D矩阵,得到最优诊断树;最后,针对诊断树的不同叶子节点,提出了多故障诊断与维修策略。实例验算表明：MFDMSTS能降低平均诊断费用和平均诊断步数,并大幅降低误修率。     

动态系统的容错技术

所讨论的动态系统的容错技术包括故障检测、故障定位和系统重构技术。文中研究了基于数学模型的容错技术，讨论了因数学模型不准而引起的故障检测和定位不鲁棒的问题，提出了若干增强鲁棒性的方法，对故障后的系统重构问题也作了简要介绍。     

基于非参数假设检验的程序缺陷定位方法

调查了西门子测试集中的程序失败用例的规模和谓词评估偏差的分布.结果表明,中心极限定理的前提和参数假设检验的假设条件无法得到普遍满足.所以,已有的基于参数假设检验的方法存在潜在的问题.针对这一现象,提出了基于非参数假设检验定位程序缺陷的方法.实验结果表明,该方法在非正态分布的样本集上仍具有较好的适用性,且在缺陷定位效率上优于已有的基于程序谓词的缺陷定位技术.同时比较了基于2种常用的非参数假设检验模型的缺陷定位方法的效率.一种方法基于Kolmogorov-Smirnov检验,另一种方法基于Cramér-von-Mises准则.比较结果表明,在西门子测试集上,基于Kolmogorov-Smirnov检验的方法在缺陷定位效率上优于基于Cramér-von-Mises准则的方法.     

液压泵故障诊断的神经网络方法

利用神经网络方法解决液压泵多故障诊断的问题。文中通过对液压泵故障机理的分析，针对液压泵多故障模式提出了利用集成ＢＰ网络进行多故障诊断的策略。理论和实验结果分析表明，利用神经网络方法可以有效地诊断知识别液压泵多故障模式，其识别率随着学习样本量的增大而提高。     

基于深度残差收缩网络的滚动轴承故障诊断

滚动轴承的准确故障诊断是确保机械设备安全可靠运行的必要手段。针对多故障、长时间序列的滚动轴承振动信号，提出了一种基于深度残差收缩网络(DRSN)模型的故障诊断方法。首先，根据采集到的滚动轴承数据构造故障样本，针对多种故障类型下的长时间序列的振动信号，按照一定尺寸将长时间序列矩阵化，构成多故障类型的灰度图故障样本。从正常到故障的滚动轴承性能退化过程，通过多个采样点的随机采样，构造全寿命周期的故障样本用于故障诊断。其次，在多层深度学习模型基础上，将残差收缩网络模块加入到卷积神经网络(CNN)中构建深度残差收缩网络模型用于故障诊断，其中通过将残差项加入到网络中训练解决了多层网络模型的模型退化问题，利用软阈值化实现了样本降噪。最后，为了验证所提方法的有效性，采集了滚动轴承的多故障时间序列样本和全寿命周期故障样本用于故障诊断。实例验证的结果表明:所提深度残差收缩网络模型在处理含噪声样本时仍具有良好的鲁棒性，多层网络模型下没有明显的网络退化，能够保持较高的故障诊断正确率。在处理2种轴承故障数据集时，与其他模型相比，所提方法训练误差更低，平均故障诊断正确率提高1%~6%。      

空间飞行器控制软件的动态自适应演化方法

空间飞行器在太空飞行过程中需要满足多任务、多工作模式以及大范围机动的需求, 其控制系统在大范围机动飞行条件下存在大量的外界干扰和内部参数不确定，同时飞行器的自适应过程受限于资源，人工干预难度大，并且现有的成熟的动态自适应方法并不一定适合空间飞行器控制软件进行自主控制，所以目前对自主控制系统软件的动态自适应调整方法提出了更高的要求.由此提出一种在双层感知—分析—决策—执行(MAPE)控制循环基础上的自适应框架，使用基于规则/策略的决策方法和基于强化学习的决策方法对系统感知到的局部和全局变化进行决策，并且采用基于数据驱动的反馈方法对规则库中的策略信息进行周期性的调整和优化，保证飞行器在太空执行任务面对复杂的环境时可以动态的完成自适应调整，保障任务的可靠执行.     

基于懒替换的C符号执行

针对传统符号执行中的动态地址计算问题,提出了基于懒替换的符号执行方法.通过引入尽可能替换的策略,基于懒替换的符号执行在无法静态确定变量的地址或符号表达式过长时不做符号替换.首先给出了基于懒替换的符号执行算法,在此基础上,详细分析了C语言主要结构尤其是数组和指针的懒符号执行语义.LazySEC是一个面向C程序的懒符号执行系统原型,初步实验表明,它可以有效地处理含有指针和结构体等涉及动态地址计算的程序语言结构.     

基于拜占庭容错体系构架的航天器控制系统测试性设计与分析

摘要： 飞行控制系统作为航天飞行器的关键机载系统,其运行情况直接关系到飞行任务的成败.通过良好的测试性设计,可以提高系统的可靠性和安全性,减少维修人力及其他保障资源,降低寿命周期费用.对拜占庭容错体系结构的航天器控制系统和分层多信号流图模型的测试性设计和建模方法进行了详细的叙述,并对基于拜占庭容错体系结构的航天器控制系统进行了测试性建模,通过测试性建模和分析系统（TMAS软件）验证控制系统测试性设计的正确性和有效性.     

基于BBN的故障定位技术

故障定位的目的是帮助程序员寻找引发失效的原因或故障位置,以加快调试过程.故障和失效间的关系往往非常复杂,难以直接描述故障到失效的转化.分析了采用差异分析的方法,提出基于可疑模式,构建故障推理贝叶斯网络,节点由可疑模式及其方法调用者构成;介绍了贝叶斯网络构建算法,各个相关概率的定义及BBN(Bayesian Belief Network)中各个边的条件概率计算公式.基于推理算法,得到包含故障的模块,并计算得到每个模块包含故障的概率.提出评价方法,并进行了实验验证,取得了平均0.761的定准率和0.737的定全率,定位结果良好有应用价值.     

面向卫星多目标重复观测任务的分层聚类规划

针对敏捷卫星多目标重复观测任务规划面临的可行任务执行序列集合规模庞大困难,提出了一种任务执行序列时间解耦的分层聚类任务规划方法。该方法以规划过程中的可观测窗口和任务执行窗口为聚类对象,通过单次可观测窗口聚类和多次任务执行窗口聚类将任务集合按任务窗口属性分解为一系列时间解耦的小规模集合,在两次任务执行窗口聚类间使用基于贪婪优化的搜索算法对聚类生成的小规模任务集合分别进行集合内任务规划,最后将各集合的任务规划结果合并后得到所有任务的执行序列。仿真结果表明,该分层聚类方法可有效降低全局优化复杂度,消解不同优先级观测任务的冲突,提高任务规划质量,能够在不降低目标点观测完成率的前提下对有多个观测机会的目标点进行重复观测,且算法稳定性好,能在数秒内得出规划结果,适用于星上自主任务规划。     

基于加密和即时解密的软件保护

通过加密来保护软件,是防止盗版者通过逆向工程理解程序的一种有效方式.传统加密保护方式,运行时解密开销大,又由于采用一次性解密方式,易受到攻击而直接从存储器中获得解密后的程序映像.提出了即时解密技术,摒弃了传统的一步解密的方式,在运行时通过即时解码器以函数为单位一步步揭开隐藏在软件中的秘密.仅对一次运行中必须的部分解密,使得攻击者难以获得完整的解密后程序,难以篡改并绕过未解密部分中的软件保护功能,增强了抗攻击性.在运行效果上,由于解密分散进行,就解决了启动延时长的问题.用基于一次一密加密技术,与对称密钥加密算法相比,进一步减少了运行时开销,使得该技术在目前处理器上可以流畅运行.该方法增强了基于加密的软件保护的实用性,增大了破解的难度.      

小波分析在GPS卫星故障检测中的应用

目前基于扩展卡尔曼滤波的残差卡方检测法已在接收机自主进行GPS卫星故障检测方面得到广泛应用,但该方法存在依赖系统数学模型、检验延迟等问题。文章提出一种基于小波分析的GPS卫星故障检测法,利用小波分析在时频域表现出良好的细节处理特性,将GPS接收机的可测数据即伪距观测数据和位置定位数据作为处理对象,进行多尺度下的分析,通过识别异常点来判断故障的发生。仿真结果表明,该方法具有高效灵敏、简洁直观、易于工程实现等特性,有助于保证导航系统的可靠性和稳定性。