随着科学技术日新月异的发展和人们对物质生活需求的不断提高,人们对于信息物理系统安全问题的研究变得越来越重要。如果一个控制系统遭受到攻击,会使系统的状态估计变得不准确,从而影响人们对其进行可靠的控制,轻则会损害系统的性能,重则会造成灾难性的事故。因此,为了保证信息物理系统在遭受到攻击的情况下有一定的安全性和可靠性,设计有效的观测器估计系统状态的研究就变得十分重要。本文主要在线性信息物理系统与Lipschitz非线性信息物理系统的框架下研究了其安全状态估计的问题,基于不同类型的攻击,为了提高系统状态估计的准确性,分别设计了三种状态观测器进行有效的状态估计。第1章阐述了本课题的研究目的与意义、相关概述及研究现状。第2章介绍了一些基础知识以及后面证明会用到的一些引理和定义。第3章针对一类执行器与传感器同时受到攻击的线性信息物理系统,提出了自适应滑模观测器的设计方法。首先在系统执行器和传感器同时受到攻击的情况下,将攻击假设为有上界的,但是并不能完全已知其上界,只是知道上界的一部分信息,然后将未知的另一部分上界的信息用自适应的方法给估计出来,然后结合滑模观测器的思想,提出一个自适应滑模观测器存在的定理,通过联立求解两个线性矩阵不等式,求解出需要设计的观测器增益,从而就可以设计出针对执行器和传感器同时受到攻击的自适应滑模观测器,然后通过仿真验证了出本章提出的自适应滑模观测器是有效的。第4章针对执行器、传感器分别受到攻击的线性信息物理系统以及执行器与传感器同时受到攻击的Lipschitz非线性信息物理系统,在原有未知输入观测器的基础上,分别设计了它们的新型未知输入观测器。首先针对线性系统,研究了其执行器受到攻击的情况,由于经典未知输入观测器要求未知输入矩阵列满秩的局限,改进了经典未知输入观测器并提出了一种针对执行器攻击的新型未知输入观测器,通过求解一个线性矩阵不等式,设计观测器的矩阵系数来使一部分执行器攻击向量被解耦,使它对状态估计不产生影响,然后用H∞性能鲁棒剩下一部分执行器攻击对于状态估计的影响;其次,研究了线性系统传感器受到攻击的情况,通过借用低通滤波器的原理将原系统进行增广,就巧妙的将传感器受到的攻击在一定程度上转换到了执行器上,然后给增广系统设计新型增广未知输入观测器,就可以利用上述执行器攻击情况的结论进行状态估计;最后,将新型未知输入观测器扩展到了 Lipschitz非线性系统上,并且研究了在其执行器和传感器同时受到攻击的情况下,设计新型非线性未知输入观测器,也是通过求解一个线性矩阵不等式,设计观测器的矩阵系数,将执行器攻击的一部分进行解耦,然后将执行器攻击的另一部分与传感器的攻击以及传感器的攻击导数增广成一个攻击向量,利用H∞性能统一进行优化。最后通过仿真实验证明了新型未知输入观测器的有效性。第5章针对一类执行器与传感器同时受到攻击、带有高斯白噪声以及未知输入扰动的Lipschitz非线性信息物理系统,设计了一种同步观测器。在其传感器与执行器都受到攻击的情况下,通过增广的方法,将原系统的状态与受到的传感器攻击信号以及输出端的高斯白噪声增广成为增广系统的状态,从而对增广系统设计一种同步观测器,即原系统的状态与其他一些信号能够同时同步的被观测出来,通过求解一个线性矩阵不等式,求出同步观测器的增益,并且将系统受到的未知的输入扰动与执行器攻击信号用H∞性能指标进行削弱,使其对要估计的增广系统的状态影响较小。在完成了同步观测器的设计后,可以估计出增广系统的状态,从而经过一定的运算就可以估计出原系统的状态以及传感器攻击信号与高斯白噪声,最后通过仿真验证了本章设计的同步观测器的有效性。最后,对本文所做的主要工作进行了总结,并指出了有待解决的问题。