[发明专利]一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法

说明书

一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法，先对网络化运动控制系统进行建模，确定其传递函数；再考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及有色噪声的情况，将传递函数转换为状态空间方程并对其离散化；利用EMD对含有执行器攻击和传感器攻击及有色噪声的输出信号进行去噪；最后构建中间观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益。本发明与现有鲁棒观测器技术相比，其攻击辨识效果较鲁棒观测器精度更高，并且可以通过调节特定调节参数改善估计性能。

技术领域

本发明属于网络安全技术领域，具体提供一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法，它能对攻击进行辨识，为系统态势评估，保障其安全运行。

背景技术

随着网络信息技术的高速发展，许多工业控制系统引入了工业以太网和TCP/IP等开放通讯协议，这大幅提高了工业控制系统的智能化、信息化程度，但同时也引发了一系列安全问题。外部攻击者可以通过外部互联网入侵到工控系统中，从而在基础设施、生产制造、交通控制、国防军工等领域造成较大的经济损失。因此，能否对攻击信号进行准确辨识在工控系统中有着十分重要的作用，然而在实际工控系统中，传感器获取的工控系统运行数据会受到较大的白噪声或有色噪声的污染，这就难以对攻击信号进行准确的辨识。

针对含噪情况下的攻击辨识方面，现有的传统方法主要有鲁棒观测器和卡尔曼滤波。鲁棒观测器因为没有观测器匹配条件，并且对噪声有一定的抑制作用，因此得到了广泛的研究和应用，但在强噪声情况下，其对攻击信号的辨识效果较差。卡尔曼滤波器对高斯噪声具有较好的滤波效果，但对于非平稳信号，即有色噪声的滤波效果较差。上述两种方法在强有色噪声干扰的情况下的攻击辨识效果不佳，且现阶段没有较好的处理方法。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法，具体地说，对含有执行器攻击和传感器攻击及有色噪声的输出信号进行EMD去噪重构，引入一个中间变量，构造一个中间观测器同时估计执行器攻击和传感器攻击，同时将估计效果与鲁棒观测器进行对比从而说明本发明的有效性。

本发明为解决上述技术问题提供了如下解决方案：

一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法，包括以下步骤：

步骤1)，确定网络化运动控制系统传递函数；

通过系统辨识，确定运动控制系统传递函数如式(1)所示：

其中G(s)为网络化运动控制系统的传递函数，K、T_s为辨识出来的参数；

步骤2)，建立网络化运动控制系统状态空间方程并离散化，过程如下：

2.1)考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及有色噪声的情况，将上述传递函数转换为状态空间方程并对其离散化，如式(2)所示：

其中A为系统的状态矩阵，B为输入矩阵,x表示系统状态量,u为系统输入，w_i表示有色噪声，f_a表示执行器攻击，f_s表示传感器攻击，E和D表示攻击增益矩阵；

2.2)对系统进行增广，将f_s作为新的状态变量，令得到增广后的状态空间方程，如式(3)所示：

其中，

步骤3),构建鲁棒观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益，过程如下：

3.1)设计鲁棒观测器如式(4)所示：

其中表示系统状态量的估计值，表示对执行器攻击f_a的估计值，表示输出y的估计值，L、F表示需要设计的鲁棒观测器增益；