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专利号: 2022107643834
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于互联CPS考虑攻击信号和未知扰动的攻击检测方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.建立用于描述互联信息物理系统的关系模型与连接拓扑图,其中,所述关系模型中每个子系统均存在随机噪声信号和攻击信号;

S2.根据关系模型,对互联信息物理系统中的传感器设置鲁棒观测器,使用H_和混合L2‑L∞/H∞性能并设置最优参数计算增益矩阵,得到该互联信息物理系统的状态估计信息;其中,最优参数是满足线性不等式条件时的最小参数值;

S3.根据互联信息物理系统的状态估计信息,设置区间阈值生成方法,比较输出状态和阈值上下限的大小关系,判断是否受到攻击信号。

2.根据权利要求1所述的基于互联CPS考虑攻击信号和未知扰动的攻击检测方法,其特征在于,步骤S1包括以下步骤:定义一个包含N维子系统的互联信息物理系统,每个子系统由一个物理部分和一个网络部分组成,子系统相互耦合,且子系统的构造如下:m n q

其中,xi(k)∈R表示状态向量,ui(k)∈R表示控制输入信号,ωi(k)∈R表示未知扰动m m×n p×m m×q p×r信号;A∈R ,B∈R ,C∈R ,D∈R 和K∈R 分别为已知具有一定维度的系数矩阵;标量pa表示各子系统之间的耦合强度,Λ是描述子系统之间连接的耦合矩阵,yi(k)∈R 为输出信p×r r号,且K∈R 一个常数矩阵;传感器攻击fsi(k)∈R 发生在低频范围,且满足频率条件其中 表示信号频率, 表示低频边界;

整个系统的动态方程表示为:

T T T T T T

其中, fs=[fs1 …fsN] ,y=[y1…yN ] ,Γ1=ΛC,Γ2=ΛK;

当至少有一个子系统受到传感器攻击时,设计一个观测器并描述如下:Nm Nm×Nm Nm×Nm Nm×Np其中,z(k)∈R 为系统向量, 状态估计值,F∈R ,J∈R ,L∈R 和HNm×Np

∈R 为需要确定的矩阵;

定义状态误差 误差动态方程可描述为:e(k+1)=Jx(k+1)‑z(k+1)+HKyfs(k+1)=J(Ax(k)+Bu(k)+Dω(k)+Kxfs(k))‑(Fz(k)+JBu(k)+Ly(k))+HKyfs(k+1)=Fe(k)+(JA‑F‑(FH+L)C)x(k)+JKxfs(k)‑(FH+L)Kyfs(k)+HKyfs(k+1)+JDω(k)当满足条件JA‑F‑(FH+L)C=0时,可知:e(k+1)=Fe(k)+JKxfs(k)‑(FH+L)Kyfs(k)+HKyfs(k+1)+JDω(k)T * T ‑1 T

假设矩阵M为满秩矩阵,M M为非奇异矩阵,M的伪逆矩阵表述为M =(M M) M ,Z∈(Nm)×(Nm+Np)R 为任意矩阵;可知,J和H描述为:

3.根据权利要求1所述的基于互联CPS考虑攻击信号和未知扰动的攻击检测方法,其特征在于,步骤S2包括以下步骤:令残差信号为 误差动态方程可描述为:其中,K1=[Kx 0],K2=[Ky 0],K3=[0 Ky],T

a.令V1(k)=e(k)Pωe(k),当考虑系统稳定性时,满足李雅普诺夫稳定条件:ΔV1(k)=V1(k+1)‑V1(k)<0如下不等式成立:

b.当残差信号和未知扰动满足如下L2‑L∞/H∞条件时,满足如下不等式:当b=0,仅满足H∞指数;当b=1,仅满足L2‑L∞指数;

可知,不等式成立:

利用线性矩阵不等式,如下不等式成立:令 和Φ=[F JD],得到不等式:其中,

可知, 成立;

T

c.当只考虑H_指标时,令V2(k)=e(k)Qfe(k),且满足李雅普诺夫稳定条件:ΔV2(k)=V2(k+1)‑V2(k)<0知该不等式成立:

其中,

T

根据线性矩阵不等式,引入额外参数和矩阵,并令F=JA‑GC,M1=α2G,M2=V1G和W=GG,可知其中,

d.综合上述指标,对于给定的性能标量η>0,γ>0,α1,α2和0≤b≤1,在所提出误差系T T T统被认为是稳定并且满足如果存在对称矩阵Pω=Pω>0,Pf=Pf>0,Qf=Qf>0,具有适当维度矩阵W,V1和G,满足L2‑L∞/H∞和H_指标,使得下列条件成立:其中,

‑1

对于给定的标量η>0,系统稳定,根据以上条件可以获得最小参数γ;根据G=G W,得到增益矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于互联CPS考虑攻击信号和未知扰动的攻击检测方法,其特征在于,步骤S3包括以下步骤:定义状态信号: 可

知:

状态区间定义为:

其中,为增益矩阵;

(Nm)×(Nm+Np)

当Z∈R 为任意矩阵,定义 和 为:令 T为一个可逆的常数矩阵,状态区间可重新定义为:如果 为舒尔矩阵,定义 其中R是随机选择的Schur矩阵,通常可以选择为非负矩阵;

描述一个Sylvester方程: 对于任意Q,此时可得唯一矩阵T和 当系统状态满足 时,系统输出满足如下条件: