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专利号: 2018111849015
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种针对车联网执行器攻击和传感器攻击的估计方法,其特征在于包括如下步骤:

1)对车辆建立系统状态方程,进一步对车联网建立状态方程和输出方程;

2)对车联网系统状态方程扩阶;

3)构建中间变量估计器;

4)设计并通过矩阵不等式求解中间变量估计器增益。

2.根据权利要求1所述的一种针对车联网执行器攻击和传感器攻击的估计方法,其特征在于步骤1)中,对车辆建立系统状态方程,进一步对车联网建立状态方程和输出方程,具体包括以下步骤:

1.1)考虑复杂环境下的扰动,建立车辆系统状态方程如式(1)所示x(k+1)=Ax(k)+g(k)+Bu(k)   (1)其中k表示当前离散时刻,k+1表示下一离散时刻,x表示状态量,包括车辆行驶的距离Txs,车辆的速度xv和道路坡度xθ,即x=[xs xv xθ] ,上标"T"表示矩阵的转置,A表示状态转移矩阵,g表示扰动,u表示车辆得到的控制数据,B表示输入矩阵;

1.2)在车联网中,自动驾驶仪通过输出控制数据υ来远程操纵车辆,黑客向网络中注入恶意攻击au将自动驾驶仪输出的控制数据篡改为υ+au,因此建立车联网系统状态方程如式(2)所示:x(k+1)=Ax(k)+g(k)+Bυ(k)+Bau(k)   (2)其中k表示当前离散时刻,k+1表示下一离散时刻,x表示状态量,A表示状态转移矩阵,g表示扰动,υ表示自动驾驶仪输出的控制数据,B表示输入矩阵,au表示执行器攻击;

1.3)考虑传感器攻击ay,车联网输出方程如式(3)所示:y(k)=Cx(k)+Day(k)   (3)

其中k表示当前离散时刻,y表示输出量,x表示状态量,C表示输出矩阵,ay表示传感器攻击,D表示通道矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种针对车联网执行器攻击和传感器攻击的估计方法,其特征在于步骤2)中,对车联网系统状态方程扩阶,具体包括以下步骤:

2.1)对车联网系统状态方程扩阶如式(4)所示:

ζ(k+1)=Aaζ(k)+ga(k)+Baυ(k)+Baau(k)+May(k+1)   (4)其中k表示当前离散时刻,k+1表示下一离散时刻,扩阶后状态量ζ表示状态量x和传感器攻击ay,即ζ=[x ay]T,上标"T"表示矩阵的转置,扩阶后状态转移矩阵为 A表T示状态转移矩阵,扩阶后扰动为ga=[g 0] ,g表示扰动,υ表示自动驾驶仪输出的控制数据,扩阶后输入矩阵为Ba=[B 0]T,B表示输入矩阵,au表示执行器攻击,ay表示传感器攻击,扩阶后中间矩阵M=[0I]T,I表示单位阵;

2.2)扩阶后车联网输出方程如式(5)所示:

y(k)=Caζ(k)   (5)

其中k表示当前离散时刻,y表示输出量,ζ表示扩阶后状态量,扩阶后输出矩阵为Ca=[C D],C表示输出矩阵,D表示通道矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种针对车联网执行器攻击和传感器攻击的估计方法,其特征在于步骤3)中,构建中间变量估计器,具体包括以下步骤:

3.1)设计中间变量如式(6)所示:

其中k表示当前离散时刻,上标"T"表示矩阵的转置,τ表示中间变量,au表示执行器攻击,ζ表示扩阶后状态量,Ba表示扩阶后输入矩阵;

3.2)基于中间变量,设计中间变量估计器如式(7)所示:其中k表示当前离散时刻,k+1表示下一离散时刻,上标"T"表示矩阵的转置,表示扩阶后状态量ζ的估计值,表示中间变量τ的估计值, 表示执行器攻击au的估计值, 表示扩阶后扰动ga的估计值,Aa表示扩阶后状态转移矩阵,υ表示自动驾驶仪输出的控制数据,Ba表示扩阶后输入矩阵,M表示扩阶后中间矩阵,S表示传感器攻击ay与扩阶后状态量ζ的关系矩阵,L表示需要设计的中间变量估计器增益,Ca表示扩阶后输出矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种针对车联网执行器攻击和传感器攻击的估计方法,其特征在于步骤4)中,设计并通过矩阵不等式求解中间变量估计器增益,具体包括以下步骤:

4.1)构建矩阵,如式(8)所示:

其中上标"T"表示矩阵的转置,*表示对称元素,P1,P2表示待求解的正定矩阵,ε表示待求解的常数,H表示待求解的矩阵,Ca表示扩阶后输出矩阵,表示相邻时刻扩阶后扰动ga的差值上界,Ba表示扩阶后输入矩阵,I表示单位阵,Π11、Π12和Π22均为中间矩阵:其中上标"T"表示矩阵的转置,Aa表示扩阶后状态转移矩阵,M表示扩阶后中间矩阵,S表示传感器攻击ay与扩阶后状态量ζ的关系矩阵;

4.2)求解矩阵不等式Π<0,得到P1,P2,H和ε,估计器增益L如式(9)所示:L=P1-1H   (9)

其中上标"-1"表示矩阵的逆,从而由中间变量估计器(7)实现对执行器攻击au和传感器攻击ay的实时估计。