一 CPS攻击案例——基于脉冲宽度调制PWM的无人机攻击( 二 )


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模拟信号数字化一般需要三个步骤:采样、量化和编码 。
1 采样:按时间间隔进行采样 。如上图,每 1s 进行一次采样(采样的频率被称为采样率) 。
2 量化:因为模拟信号本质上是一连串连续的值,我们可以对这些值进行等级划分(量化的等级),这样步骤一的采集到的样品就可以被划分到不同的等级 。
3 编码:步骤二中的不同等级可以表示不同的编码(如果该采样时间段内,波的面积小于二分之一,则认为是0,大于则是1) 。则连续的模拟信号最终可以转化 0101 的数字信号 。
综上,不难得出,随着采样率和量化等级的增加,转换后的数字信号的曲线也就越能贴近模拟信号的曲线(对比上图的原曲线和黄色曲线) 。
(3)PWM技术
PWM技术是一种对模拟信号电平的数字编码方法,通过使用高分辨率计数器(调制频率)调制方波的占空比,从而实现对一个模拟信号的电平进行编码 。
        占空比(Duty Ratio,Duty Cycle)表示在一个周期内,工作时间与总时间的比值 。
方波示例见下图上往下数第二行

一 CPS攻击案例——基于脉冲宽度调制PWM的无人机攻击

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一 CPS攻击案例——基于脉冲宽度调制PWM的无人机攻击

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编辑其最大的优点是从处理器(CPS种抽象为控制器)到被控对象之间的所有信号都是数字形式的,无需再进行数模转换过程;而且对噪声的抗干扰能力也大大增强(噪声只有在强到足以将逻辑值改变时,才可能对数字信号产生实质的影响),这也是PWM在通讯等信号传输行业得到大量应用的主要原因 。
模拟信号能否使用PWM进行编码调制,仅依赖带宽,这即意味着只要有足够的带宽,任何模拟信号值均可以采用PWM技术进行调制编码 。
 在信号接收端,需将信号解调还原为模拟信号 。
目前在很多微型控制器(MCU)内部都包含有PWM控制器模块 。
(4)PWM信号的调制方法
        参考维基百科
        先介绍一下调制出的脉冲波:
一 CPS攻击案例——基于脉冲宽度调制PWM的无人机攻击

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一 CPS攻击案例——基于脉冲宽度调制PWM的无人机攻击

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编辑调制出的脉冲波为方波,T为周期,D为一个工作循环,低值ymin,高值ymax,波的平均值计算公式为:
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编辑算的结果为:
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很多情况下,ymin为0,所以可以简化为:
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编辑其实就是个长方形面积计算公式 。。。。。。。。。
有很多调制方法,包括(太难描述,具体请看维基百科链接):