Page 312 - 《软件学报》2026年第3期

李晓锋 等: 空间飞行器控制软件在轨自适应可信演化框架 1275

(5) 验证库用于存储和管理系统约束条件, 在静态验证过程中发挥关键作用. 通过将系统的约束条件以一阶谓
词逻辑公式的形式存储在验证库中, 系统可以灵活地从中调用相关约束, 进行验证和推理. 验证库还支持动态更
新, 通过引入外部知识或调整已有约束, 能够迅速适应不同任务需求, 确保系统在变化的环境中持续保持高效、准
确的验证能力.
演化知识库采用统一的 3 层结构体系 (如图 7 所示), 分别为标识层、关联层和完全信息层, 并在模型库、事
件库、规则库、策略库和验证库这 5 类功能库中横向部署, 实现知识的结构化管理与形式化表达. 标识层负责管
Type 表示知识类型 (如模型、规则、
理知识元数据, 采用四元组表示为 K id = (Type,Name,Timestamp,Version), 其中
事件、策略、约束等), Name 为名称标识, Timestamp 表示创建时间, Version 为版本号. 该层支持基于属性的模糊
检索和组合查询, 有效提升知识访问效率. 关联层建模知识之间的语义依赖关系, 统一以有向图结构 G rel = (V,E,ϕ)
表示, 其中 V 为知识节点集合, E 为依赖边集合, ϕ : E → {trigger,dependency,scope} 为边的语义类型映射函数. 该
层支持知识间关系的动态维护, 保障演化过程中的一致性. 完全信息层是知识内容的表达核心, 5 类功能库中的不
同类型知识 (如模型公式、事件映射、规则结构、策略动作与约束条件) 均在该层以结构化和形式化方式存储与
调用. 例如, 模型可表示为四元组, 规则知识可用一阶逻辑表示, 策略则可表达为 ECA 规则. 通过该 3 层结构在所
有知识类型中的一致部署, 系统实现知识的统一建模、可追溯演化与高效推理支撑.

模型库 事件库 规则库 策略库 验证库
标识层

关联层

完全信息层
图 7 演化知识库基本结构图

此外, 知识库的管理机制采用了动态更新与版本控制相结合的策略, 以适应空间飞行器控制软件的在轨演化
需求. 具体包括以下 4 个方面.
(1) 动态更新机制: 知识库通过实时监测运行状态和环境变化, 自动抽取关键数据并进行知识提炼. 例如, 当系
统检测到新的异常事件时, 事件库能够通过数据挖掘算法提取事件特征, 并结合专家知识生成新的异常事件规则,
经过可信验证后对关联层中的映射关系进行更新.
(2) 版本控制机制: 为保证知识库的可靠性和可追溯性, 系统对每一条知识的变更都进行版本管理. 每次更新
时, 系统会记录知识的修改历史, 包括修改时间、修改内容和修改原因等信息. 通过版本控制机制, 系统能够在需
要时回滚到之前的版本, 或对不同版本的知识进行对比分析, 确保演化过程的可信性.
(3) 知识表示方法: 知识库中的相似知识采用统一的表示方法, 以兼顾表达能力和计算效率. 例如, 模型库中的
数学模型采用参数化表示, 规则库和策略库中的逻辑规则采用一阶谓词逻辑或生产规则形式, 而验证库中的约束
条件则以形式化验证语言进行描述.
(4) 知识推理与查询优化: 知识库内置了一套高效的推理引擎, 能够基于关联层和完全信息层的信息进行知识
推理. 例如, 当系统需要处理某一复杂需求时, 推理引擎能够从规则库中逐层分解需求, 通过策略库匹配具体的执
行动作, 并结合验证库确保推理结果符合约束条件. 此外, 知识库还采用了基于索引的查询优化技术, 充分利用标
识层的信息加速查询过程, 减少推理时间.
4 案例分析

本节将以卫星太阳搜索系统的非预期故障、任务规划系统需求拓展两类控制软件在轨自适应演化场景为例,
进行在轨自适应演化体系设计和案例分析.