[发明专利]一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法及系统

权利要求书

1.一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法，其特征在于，包括：

采集船舶CPS系统的系统状态向量和系统输出信号；

根据所述系统状态向量和所述系统输出信号，估计下一时刻系统状态向量，并计算下一时刻系统输出信号估计值；

所述估计下一时刻系统状态向量，包括以下步骤：

步骤S201：根据跳变概率得到N个采样粒子k为采样时刻，k≥0，r_k为k时刻马尔科夫跳变参数，为k-1时刻马尔科夫跳变参数真实值，为k时刻第i个马尔科夫跳变参数采样粒子；

步骤S202：根据所述采样粒子，计算概率分布的参数，其中，y_k为k时刻所述系统输出信号，y_1：k-1表示第1到k-1时刻的观测值，r_1：k为第1到k时刻的马尔科夫跳变参数，为第i个粒子对应的期望为μ_i、方差为的正态分布；

步骤S203：根据所述粒子和所述系统输出信号计算粒子权值，得到标准化粒子权值；

步骤S204：根据所述标准化粒子权值计算有效粒子数N_eff，判断N_eff是否低于预设值，若N_eff低于预设值，则重采样得到N个新粒子，并将所述新粒子赋予权重1/N，重复步骤S201；若所述N_eff大于等于预设值，则计算r_k的估计值；

步骤S205：根据所述r_k的估计值和系统扩增状态下扩增计算的系统输出信号，对系统状态向量进行估计；所述系统扩增状态为对所述系统状态向量进行时延处理构造的系统状态；

步骤S206：对所述k加1，然后重复步骤S201；

根据所述系统输出信号估计值和所述系统输出信号计算得到残差信号；

根据所述残差信号得到残差评价函数，并计算出残差阈值，将所述残差评价函数的值与所述残差阈值进行比较，以判断船舶CPS系统是否发生欺骗攻击。

2.根据权利要求1所述的船舶CPS系统欺骗攻击检测方法，其特征在于，所述系统状态向量为x_k，x_k是k时刻的n个传感器数据的n维列向量；对所述系统状态向量进行时延处理构造为系统扩增状态：

其中，d是时延样本长度，代表k时刻的系统状态向量x_k的转置，k为采样时刻，k≥0；

根据所述系统扩增状态，得到扩增系统状态空间表达式：

其中，公式(1)为扩增线性状态方程，公式(2)为扩增观测方程；为k时刻x_k的扩增状态，为k时刻扩增计算系统输出信号，r_k为k时刻马尔科夫跳变参数，u_k为k时刻输入信号，z_k为k时刻系统过程噪声，v_k为k时刻测量噪声，为第一系统参数的扩增矩阵，为第二系统参数的扩增矩阵，为第三系统参数的扩增矩阵，为第一单位矩阵的扩增矩阵，为第二单位矩阵的扩增矩阵，和分别表达为：

其中，A_d-1(r_k)为d-1时刻的第一系统参数矩阵，B(r_k)为第二系统参数矩阵，C^T(r_k)为第三系统参数矩阵C(r_k)的转置，I_n为第一单位矩阵，I为第二单位矩阵。