2025年 01期

摘要(Abstract)：

为了实现受虚假注入攻击的网络控制系统的状态估计和故障信息传输，以传感器通道和执行器通道同时受虚假注入攻击的网络控制系统为目标系统，提出一种目标系统的状态估计方法；通过降维-解耦和等价变换技术，将目标系统转化为增广奇异系统，以便同时解耦执行器通道中的虚假注入攻击信号和目标系统的故障信号；基于增广奇异系统设计估计器，同时估计目标系统的状态、传感器通道中的虚假注入攻击信号和故障编码信号，并求出估计器成立的充分条件；基于所提出的方法设计目标系统的故障信息传输方案，通过故障信息编码和解码方案实现故障信息的有效传输；利用MATLAB软件进行数值仿真，验证所提出方法和所设计方案的有效性。结果表明，所提出的方法能精确估计目标系统的状态、传感器通道中的虚假注入攻击信号和故障编码信号，所设计的方案能有效传输故障信息。

关键词(KeyWords)： 网络控制系统;状态估计;故障编码;虚假注入攻击;

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(62373137);; 河南省自然科学基金项目(232300420147)

作者(Author): 刘海潮,杨俊起,王东峥

DOI: 10.13349/j.cnki.jdxbn.20241209.003

参考文献(References)：

[1] ZHANG D,SHI P,WANG Q G,et al.Analysis and synthesis of networked control systems:a survey of recent advances and challenges[J].ISA Transactions,2017,66:376.

[2] CHEN T M.Stuxnet,the real start of cyber warfare?[J].IEEE Network,2010,24(6):2.

[3] PANG Z H,FAN L Z,SUN J,et al.Detection of stealthy false data injection attacks against networked control systems via active data modification[J].Information Sciences,2021,546:192.

[4] 刘烃，田决，王稼舟，等.信息物理融合系统综合安全威胁与防御研究[J].自动化学报，2019,45(1):5.

[5] 杨敬锋，张南峰，李勇，等.基于改进Huffman编码的农机作业数据传输压缩方法[J].农业工程学报，2014,30(13):153.

[6] 杨可.一种具有随机存取能力的压缩编码技术[D].合肥：中国科学技术大学，2019.

[7] DUTTA R G,HU Y D,YU F,et al.Design and analysis of secure distributed estimator for vehicular platooning in adversarial environment[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2022,23(4):3418.

[8] SARGOLZAEI A,YAZDANI K,ABBASPOUR A,et al.Detection and mitigation of false data injection attacks in networked control systems[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2020,16(6):4281.

[9] 李进，姜顺，潘丰.隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计[J].控制与决策，2023,38(12):3418.

[10] PANG Z H,FAN L Z,DONG Z,et al.False data injection attacks against partial sensor measurements of networked control systems[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems:II Express Briefs,2022,69(1):149.

[11] 毛毳，黄玲.网络控制系统故障检测观测器设计[J].控制工程，2020,27(12):2234.

[12] 王心怡，许璟，牛玉刚，等.自适应比例-积分H2滑模观测器设计[J].控制理论与应用，2023,40(11):1940.

[13] 郭胜辉，任炜杰.隐蔽式攻击下的网络控制系统状态区间估计[J].苏州科技大学学报(自然科学版),2023,40(2):72.

[14] FABIO G E,CARLOS C W,FRANCISCO R R.Adaptive delta modulation in networked controlled systems with bounded disturbances[J].IEEE Transactions on Automatic Control,2011,56(1):129.

[15] 杨蒙蒙，钱伟.基于神经网络预测的网络化控制系统故障检测[J].信息与控制，2018,47(1):36.

[16] 欧阳中辉，樊辉锦，陈青华，等.基于北斗短报文的特种车辆状态信息压缩传输方法研究[J].兵器装备工程学报，2020,41(9):124.

[17] 龙文光.引入信息融合编码特征传递网络入侵检测仿真[J].计算机仿真，2015,32(7):315.

[18] 俞立.鲁棒控制：线性矩阵不等式处理方法[M].北京：清华大学出版社，2002:8-9.

[19] 周永杰，王雨萌，张江滨.基于卡尔曼滤波器的控制系统传感器故障诊断[J].电网与清洁能源，2011,27(7):51-52.

[20] 王志胜，王道波，蔡宗琰.用于缓变故障检测的残差检验法[J].西安电子科技大学学报，2004,31(3):479.