基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的航天系統(tǒng)安全風(fēng)險建模方法及應(yīng)用研究.pdf

1、航天系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜，涉及到軟硬件動態(tài)交互行為，并具有任務(wù)過程多階段、組件多狀態(tài)、事件時間相關(guān)等特性。傳統(tǒng)的事件樹/故障樹模型在處理上述問題時面臨諸多局限性，對于多態(tài)性、相關(guān)性、時序性、交互行為等特性描述不足；動態(tài)故障樹/馬爾科夫模型對于定義系統(tǒng)狀態(tài)和轉(zhuǎn)移矩陣面臨狀態(tài)空間爆炸問題。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以在復(fù)雜系統(tǒng)動態(tài)特性刻畫和模型規(guī)模方面尋求平衡，其雙向推理模式對于安全風(fēng)險分析具有獨(dú)特的優(yōu)勢。鑒于此，論文旨在研究反映航天系統(tǒng)“功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、事

2、件高度相關(guān)、任務(wù)過程動態(tài)變化以及動態(tài)交互行為”等方面特性的先進(jìn)安全風(fēng)險建模方法，其成果適用于航天系統(tǒng)安全風(fēng)險分析、評估與監(jiān)控等實(shí)踐工作。
　　因此，論文在事件樹/故障樹模型轉(zhuǎn)化量化的基礎(chǔ)上，研究基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展建模方法，包括多態(tài)相依事件樹的自動轉(zhuǎn)化以及環(huán)節(jié)事件時間相關(guān)情形、連續(xù)參變量動態(tài)交互情形等的擴(kuò)展方法。論文主要研究工作包括：
　　1）系統(tǒng)研究了航天系統(tǒng)事件樹/故障樹模型的轉(zhuǎn)化擴(kuò)展方法，簡要概括了故障樹的圖元和數(shù)值轉(zhuǎn)

3、化規(guī)則，給出了故障樹基本假設(shè)條件、多重串聯(lián)情形以及概率型共因失效隱式融合等方面的擴(kuò)展方法；針對事件樹無確定性邏輯表述的問題，建立多態(tài)相依事件樹的數(shù)學(xué)模型，提出了基于條件獨(dú)立判定和事件序列合并的事件樹等價轉(zhuǎn)化連接弧約簡規(guī)則，并給出了自動實(shí)現(xiàn)算法。
　　2）針對航天系統(tǒng)任務(wù)過程動態(tài)變化使得事件樹環(huán)節(jié)事件存在時間相關(guān)問題，分別討論了階段任務(wù)的簡單成敗邏輯和非順序執(zhí)行復(fù)雜邏輯的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)表述方法，提出了三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，三個層次分別對應(yīng)

4、表述階段任務(wù)邏輯、支持子系統(tǒng)可靠度和共享基本事件時間相關(guān)性的之間的邏輯關(guān)系；針對存在共享基本事件時間相關(guān)性的組合模型計(jì)算復(fù)雜性問題，提出了基于階段組合模型模塊化的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化建模的模塊時間相關(guān)性表述和模型整合方法。
　　3）針對航天控制系統(tǒng)存在的連續(xù)參變量動態(tài)交互情形，提出狀態(tài)離散時間離散系統(tǒng)動態(tài)演化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模方法，給出了考慮隨機(jī)失效、狀態(tài)切換失效、可修等特性的組件離散狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件概率計(jì)算方法，以及區(qū)間離散化連續(xù)參變量條件概