[發明專利]一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法

在審

• 申請號: 202211005362.0
• 申請日: 2022-08-22
• 公開（公告）號: CN115525540A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 邵麒;楊順昆;邊沖;段峙宇;茍曉冬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36;G06F30/25;G06F30/27;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G06N7/00;G06F119/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，步驟如下：1、建立單粒子輻射效應仿真模型，計算粒子能譜，仿真得到單粒子翻轉速率；2、建立采用不同設計模式的軟件系統可靠性分析模型，得到給定設計模式和單粒子翻轉速率下的可靠度值；3、對單粒子輻射效應仿真模型和軟件系統可靠性分析模型中涉及的參數進行數據預處理；4、搭建卷積神經網絡，利用預處理后的空間輻射數據和可靠度仿真數據進行訓練和測試，得到預訓練模型；5、利用S4中預訓練模型的網絡結構和參數初始化目標網絡；用少量真實可靠度數據繼續訓練目標網絡，采用基于花授粉優化算法的凍結機制指導微調，完成遷移學習，實現仿真模型特征與真實數據的融合。

技術領域

本發明提供一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，它涉及軟件可靠性領域和遷移學習。

背景技術

空間輻射不可避免的會對在軌軟件系統產生影響，特別是單粒子效應。單粒子效應會造成隨機存儲器或內存中的一個/多個比特發生翻轉，引發軟件的控制流和數據流錯誤，進而影響軟件系統的正常運行。因此，針對空間輻射環境下的軟件系統進行可靠性分析對于保障任務正常進行十分必要。由于在實際工程中很難獲取充足的真實故障數據以供分析評估，因此當前的可靠性分析技術主要聚焦于模型仿真，即通過構建物理輻射模型、故障注入模型和系統可靠性模型，來獲取大量不同輻射條件下的故障仿真數據以進行可靠性分析。盡管模型仿真數據和真實統計數據之間具有相同的內在特征，共享相似的可靠性信息，但是它們之間不可避免的存在偏差，這使得仿真模型的可靠性分析評估知識不能直接應用于真實環境中。

鑒于此，本發明提出一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，具體內容是：構建單粒子輻射效應仿真模型，計算單粒子翻轉速率；建立軟件系統可靠性模型，針對不同單粒子速率，基于概率模型檢測技術仿真得到大量可靠度數據；對單粒子輻射效應仿真模型和軟件系統可靠性分析模型中涉及的參數進行數據預處理；搭建卷積神經網絡，利用預處理后的空間輻射數據和可靠度仿真數據進行訓練和測試，得到預訓練模型；利用預訓練的網絡結構和參數初始化目標網絡，用少量真實可靠度數據繼續訓練目標網絡，采用基于花授粉優化算法的凍結機制指導微調，完成遷移學習。從而形成一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，該方法既保留模型機理方面的特征信息，又能充分利用真實數據的價值，實現機理模型特征與真實數據的遷移融合。

發明內容

(一)本發明目的：針對空間輻射背景下模型仿真數據與真實數據存在誤差或者漂移問題，本發明提出一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，其目的保留模型機理方面的特征信息，充分利用真實數據的價值。

(二)技術方案

本發明技術方案：一種抗空間輻射效應的軟件可靠性遷移融合分析方法，其步驟如下：見圖1所示；

S1、建立單粒子輻射效應仿真模型，進行軌道參數設置、航天器屏蔽層設置、輻射環境設置和經地磁和航天器屏蔽層后的粒子能譜計算，最后仿真得到單粒子翻轉速率；

S2、建立采用不同設計模式的軟件系統可靠性分析模型，結合S1計算得到的單粒子翻轉速率，基于概率模型檢測技術仿真得到給定設計模式和單粒子翻轉速率下的可靠度值；

S3、對單粒子輻射效應仿真模型和軟件系統可靠性分析模型中涉及的參數進行數據預處理；

S4、搭建卷積神經網絡，利用預處理后的空間輻射數據和可靠度仿真數據進行訓練和測試，得到預訓練模型；

S5、利用S4中預訓練模型的網絡結構和參數初始化目標網絡。用少量真實可靠度數據繼續訓練目標網絡，采用基于花授粉優化算法的凍結機制指導微調，完成遷移學習，實現仿真模型特征與真實數據的融合。

進一步的，S1中所述的建立單粒子效應輻射仿真模型包括：

S1.1軌道參數設置：包括軌道類型、軌道高度、軌道傾角等具體參數；