针对系统正向设计中涉众多、耦合强、验证难的问题,本文采用基于模型的系统工程(model-based system engineering, MBSE),提出了一种逻辑与物理协同建模的系统正向设计与验证方法。首先,分析了系统正向设计流程与MBSE方法论,确定了自顶向下的映射关系与螺旋推进的分层设计架构。提出从逻辑与物理双重维度出发进行协同建模,利用SysML(系统建模语言)对系统设计进行抽象描述,采用Matlab语言实现系统设计的具象表达。然后,以无人机任务设计为案例开展建模应用,基于所提出方法可完成需求分解传递和系统设计闭环,助推系统敏捷开发与快速迭代。最后,通过SysML逻辑模型与Matlab物理模型联合仿真,验证了本文建模方法的有效性,能实现从需求分析到验证确认的全覆盖。