This paper is concerned with the problem of secure state reconstruction for cyber-physical systems (CPSs). CPSs are more vulnerable to the cyber world yet to attackers, who can attack any sensor of the considered systems and modify values of attacked sensors to be arbitrary ones. In the design process, both malicious attacks on sensors and unknown input are taken into consideration. First, a linear discrete-time state-space model is utilized to describe such systems, and then a sparse vector is adopted to model attacks. By collecting sensor measurements and using an iterative approach, a new model in descriptor form is obtained, which paves the way for estimating system states under an unknown input situation. Second, the problem of secure state estimation is transformed into an optimal version. A novel sliding-mode observer is proposed to estimate system states from collected sensor measurements corrupted by malicious attacks. In order to guarantee the estimations to be sparse, a projection operator is designed. Third, a projected sliding-mode observer-based estimation algorithm is developed to reconstruct system states, where an event-triggered scheme is integrated to save limited computational resource. In addition to propose such an algorithm, the effectiveness of both projection operator and sliding-mode observer is analyzed. Furthermore, the convergence of the proposed secure estimation algorithm is proved. Finally, some simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.

中文翻译：

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通过滑动模式对网络物理系统进行安全估计

本文涉及网络物理系统（CPS）的安全状态重建问题。CPS更容易受到网络世界的攻击，而对于攻击者而言，攻击者可以攻击所考虑系统的任何传感器并将受攻击的传感器的值修改为任意值。在设计过程中，要同时考虑对传感器的恶意攻击和未知输入。首先，使用线性离散时间状态空间模型来描述这种系统，然后采用稀疏矢量来对攻击进行建模。通过收集传感器测量值并使用迭代方法，获得了描述符形式的新模型，这为估算未知输入情况下的系统状态铺平了道路。其次，将安全状态估计的问题转换为最佳版本。提出了一种新颖的滑模观察器，用于从被恶意攻击破坏的收集到的传感器测量值中估计系统状态。为了保证估计的稀疏性，设计了一个投影算子。第三，开发了一种基于投影滑模观测器的估计算法来重建系统状态，其中集成了事件触发方案以节省有限的计算资源。除了提出这种算法之外，还分析了投影算子和滑模观测器的有效性。此外，证明了所提安全估计算法的收敛性。最后，给出了一些仿真结果，证明了所提算法的有效性。为了保证估计的稀疏性，设计了一个投影算子。第三，开发了一种基于投影滑模观测器的估计算法来重建系统状态，其中集成了事件触发方案以节省有限的计算资源。除了提出这种算法之外，还分析了投影算子和滑模观测器的有效性。此外，证明了所提安全估计算法的收敛性。最后，给出了一些仿真结果，证明了所提算法的有效性。为了保证估计的稀疏性，设计了一个投影算子。第三，开发了一种基于投影滑模观测器的估计算法来重建系统状态，其中集成了事件触发方案以节省有限的计算资源。除了提出这种算法之外，还分析了投影算子和滑模观测器的有效性。此外，证明了所提安全估计算法的收敛性。最后，给出了一些仿真结果，证明了所提算法的有效性。除了提出这种算法之外，还分析了投影算子和滑模观测器的有效性。此外，证明了所提安全估计算法的收敛性。最后，给出了一些仿真结果，证明了所提算法的有效性。除了提出这种算法之外，还分析了投影算子和滑模观测器的有效性。此外，证明了所提安全估计算法的收敛性。最后，给出了一些仿真结果，证明了所提算法的有效性。