ACAS Xu is an air-to-air collision avoidance system designed for unmanned aircraft that issues horizontal turn advisories to avoid an intruder aircraft. Due the use of a large lookup table in the design, a neural network compression of the policy was proposed. Analysis of this system has spurred a significant body of research in the formal methods community on neural network verification. While many powerful methods have been developed, most work focuses on open-loop properties of the networks, rather than the main point of the system -- collision avoidance -- which requires closed-loop analysis. In this work, we develop a technique to verify a closed-loop approximation of ACAS Xu using state quantization and backreachability. We use favorable assumptions for the analysis -- perfect sensor information, instant following of advisories, ideal aircraft maneuvers and an intruder that only flies straight. When the method fails to prove the system is safe, we refine the quantization parameters until generating counterexamples where the original (non-quantized) system also has collisions.


翻译:ACAS Xu 是一个为无人驾驶飞机设计的避免空对空碰撞系统,它为避免入侵飞机而发布横向转折建议。由于在设计中使用了大型外观表,因此提议对政策进行神经网络压缩。对该系统的分析刺激了正式方法界对神经网络核查的大量研究。虽然已经开发了许多强有力的方法,但大多数工作的重点是网络的开放环状特性,而不是系统的主要点 -- -- 避免碰撞 -- -- 需要闭路分析。在这项工作中,我们开发了一种技术,用状态量化和反可达性来核查ACAS Xu的闭路近似。我们使用有利的假设来进行分析 -- -- 完美的传感器信息、即时跟踪建议、理想飞机操纵和只直飞的入侵者。当方法未能证明系统安全时,我们改进了昆化参数,直到原始(非量化的)系统也发生碰撞的反表。

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