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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１１４．２０２４．０１．００１引用格式：张思成，张建廷，杨研蝶，等．电磁频谱人工智能模型的对抗安全威胁综述［Ｊ］．无线电通信技术，２０２４，５０（１）：１－１３．［ＺＨＡＮＧＳｉｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｔｉｎｇ，ＹＡＮＧＹａｎｄｉｅ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｉｅｗｏｆＡｄｖｅｒｓａｒｉａｌＳｅｃｕｒｉｔｙＴｈｒｅａｔｓｔｏＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｐｅｃｔｒｕｍＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＭｏｄｅｌｓ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２４，５０（１）：１－１３．］电磁频谱人工智能模型的对抗安全威胁综述张思成１，张建廷２，杨研蝶１，杨凇麟１，姜 航１，宣 琦３，４，林 云１（１．哈尔滨工程大学信息与通信工程，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．中国人民解放军海军研究院，北京１０００３６；３．杭州市滨江区浙工大网络空间安全创新研究院，浙江杭州３１００５６；４．浙江工业大学信息工程学院，浙江杭州３１００２３）摘 要：电磁频谱在现代社会中扮演着至关重要的角色，是国家战略资源，为通信、导航、科学研究和国防等领域提供关键支持。
为应对电磁频谱高效管理与利用中的诸多挑战，人工智能（ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＡＩ）技术在物理层中被广泛应用。
然而，研究发现ＡＩ模型对于数据的依赖导致其在训练和测试阶段容易受到恶意攻击。
为推动针对电磁频谱ＡＩ模型的攻击与防御相关研究的发展，保障ＡＩ模型的安全应用，提升电磁安全能力，对电磁频谱物理层ＡＩ模型的对抗攻击方法进行了回顾，包括在训练阶段和测试阶段的攻击原理与方法。
从数据、模型以及电磁信号特性的角度回顾了对抗攻击的评测工作。
展望了攻击、评测和系统研发三个具有潜力的研究方向，并做出了总结。
关键词：电磁频谱安全；人工智能模型；数据投毒；后门攻击；对抗样本中图分类号：ＴＮ９１８．９１ 文献标志码：Ａ 开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１１４（２０２４）０１－０００１－１３ＲｅｖｉｅｗｏｆＡｄｖｅｒｓａｒｉａｌＳｅｃｕｒｉｔｙＴｈｒｅａｔｓｔｏＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｐｅｃｔｒｕｍＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＭｏｄｅｌｓＺＨＡＮＧＳｉｃｈｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｔｉｎｇ２，ＹＡＮＧＹａｎｄｉｅ１，ＹＡＮＧＳｏｎｇｌｉｎ１，ＪＩＡＮＧＨａｎｇ１，ＸＵＡＮＱｉ３，４，ＬＩＮＹｕｎ１ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３６，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｉｎｊｉａｎｇＣｙｂｅｒｓｐａｃｅＳｅｃｕｒｉｔｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＺＪＵＴ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００５６，Ｃｈｉｎａ；４．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍｐｌａｙｓａｃｒｕｃｉａｌｒｏｌｅｉｎｍｏｄｅｒｎｓｏｃｉｅｔｙ，ｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｎａｔｉｏｎａｌｓｔｒａｔｅｇｉｃｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｉｎｇｋｅｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｄｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ．Ｔｏａｄｄｒｅｓｓｍｙｒｉａｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍ，ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ（ＡＩ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄａｔｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｆｏｕｎｄｔｈａｔＡＩｍｏｄｅｌｓ ｒｅｌｉａｎｃｅｏｎｄａｔａｍａｋｅｓｔｈｅｍｖｕｌｎｅｒａｂｌｅｔｏｍａｌｉｃｉｏｕｓａｔｔａｃｋｓｄｕｒｉｎｇｂｏｔｈｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｐｈａｓｅｓ．ＴｏａｄｖａｎｃｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｔｔａｃｋｓａｎｄｄｅｆｅｎｓｅｓｒｅｌａｔｅｄｔｏＡＩｍｏｄｅｌｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍ，ａｎｄｔｏｅｎｓｕｒｅｓｅｃｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＩｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅｒｅｂｙｅｎｈａｎｃｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｃｕｒｉｔｙｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓａｄｖｅｒｓａｒｉａｌａｔｔａｃｋｍｅｔｈｏｄｓｏｎＡＩｍｏｄｅｌｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ．Ｔｈｉｓｉｎｃｌｕｄｅｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｔｔａｃｋｓｄｕｒｉｎｇｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｐｈａｓｅｓ．Ａｒｅｖｉｅｗｉｓｇｉｖｅｎｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｏｆｄａｔａ，ｍｏｄｅｌ，ａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｇｎａｌｄｏｍａｉｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓｔｈｒｅｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｔｔａｃｋｓ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｃｏｎｃｌｕｄｅｓｗｉｔｈａｓｕｍｍａｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍｓｅｃｕｒｉｔｙ；ＡＩｍｏｄｅｌｓ；ｄａｔａｐｏｉｓｏｎｉｎｇ；ｂａｃｋｄｏｏｒａｔｔａｃｋｓ；ａｄｖｅｒｓａｒｉａｌｓａｍｐｌｅｓ收稿日期：２０２３－１０－２７基金项目：国家自然科学基金面上项目（６２２０１１７２）；中央高校基本科研业务（３０７２０２３ＣＦＪ０８０１）；哈尔滨工程大学先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室项目ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＧｅｎｅｒａｌＰｒｏｇｒａｍＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（６２２０１１７２）；ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈＦｕｎｄｓｆｏｒｔｈｅＣｅｎｔｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ（３０７２０２３ＣＦＪ０８０１）；ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｒｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ 引言电磁频谱作为电磁空间的基本载体，是国家基础性、稀缺性战略资源，是支撑经济社会发展和维护国家安全的重要保障。
TNT 爆炸电磁辐射信号测量及分析崔元博，孔德仁，张学辉，王良全（南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094）摘要：为了提高爆炸场电子设备抗电磁干扰能力，对炸药爆炸产生的电磁辐射特性进行研究，设计一套基于超宽带无源全向天线和短波无源全向天线的电磁辐射测量装置，设置8个测试点进行60kg TNT 爆炸产生的电磁辐射测量实验和数据分析。
结果表明，炸药爆炸产生的电磁辐射可持续至爆炸后600ms ，爆炸产生的电磁辐射信号最强烈的时段为爆炸后80~110ms ，爆炸产生的电磁辐射信号频率主要集中在100MHz 以下，其中50MHz 以下的低频段能量分布最为明显，爆心距离对电磁信号的频谱分布有明显影响，不同方向的电磁辐射频率分布不一致。
爆炸产生的电磁辐射强度范围主要在64.33~348.25V·m -1，电磁辐射强度随爆心距离增大而递减，且递减幅度较大，不同方向的测试点测得的电磁辐射强度也有一定差距，相差范围在11.1%~17.7%。
关键词：TNT ；电磁辐射；天线测量；信号分析中图分类号：TJ55；O389；O441.5；O536文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20201811引言炸药在爆炸时会产生较强的电磁辐射，不同强度或频率的电磁辐射会对一定范围内的电子设备（如无人机、引信装置、通信设备等）产生电磁干扰，严重时造成设备无法启动甚至损坏，引发事故。
为了提升电子设备抗电磁干扰性能，有必要对炸药爆炸时产生的电磁辐射进行测量研究。
国外对炸药电磁辐射的研究较早，1954年Kolsky ［1］首先发现了炸药爆炸可以产生电脉冲这一现象，随后国外学者相继对该现象进行了实验研究。
Boronin ［2-3］对凝聚炸药爆炸产生电磁场的物理机制进行研究，提出通过爆炸产生无线电辐射的机制与激波前沿的电离空气层中某些电子基因的加速或减速过程有关，这一观点后被称作“Boronin 效应”。
Boronin 等人的工作首次详细阐述了炸药爆炸产生电磁辐射的机理，并给以后相关研究指引了方向。
物探瞬变电磁法(TEM)和激发激化法在贵州金矿勘探中的应用汪玉琼;孙宗龙【摘要】简述了瞬变电磁法(TEM)和激发激化法在贵州某金矿勘探中的综合应用.文中介绍了TEM瞬变电磁法、激发激化法原理、工作仪器及工作中所采用参数及资料整理中所有分析解释软件,选择了贵州某金矿X-X′线TEM剖面、岩性实测作为实例进行异常解释推断,对异常进行了分析,提出了下一步工作建议.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2010(007)001【总页数】3页(P75-77)【关键词】金矿;瞬变电磁法(TEM);激发激化法;异常分析【作者】汪玉琼;孙宗龙【作者单位】贵州省地质调查院,贵州,贵阳,550004;安徽省勘查技术院,安徽,蚌埠,233005【正文语种】中文【中图分类】P631.3TEM瞬变电磁法是基于电性差异,利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场,利用线圈或接地电极观测二次涡流磁场或电场的方法。
主要为用于寻找低阻目标物,研究浅成至中深层地电结构[1]。
激发激化法是以岩(矿)石、水的激发极化效应的差异为物性前提,用人工地下直流电流激发,以某种极距的装置形式,研究地下横、纵向激发极化效应的变化,以查明矿产资源和有关地质问题的方法。
小四极激电测深是激发激化法的一种装置测量方式,用于测量深部地质体的导电性能。
[2]1)TEM工作仪器及参数选择脉冲瞬变电磁法(TEM)使用仪器为西安物探所研制的EM RS-2B型电磁矿产勘探仪。
供电脉冲宽为4m s、供电电流为1000～1200A,分22道读数,选择4～32次叠加,采样率为80μs,回线边长为3m×3m。
2)对称四极激电工作仪器使用重庆仪器厂生产的WDJD-1激电仪,其接收部分技术指标为:电压通道±6V±1%,输入阻抗50MΩ,视极化率测量精度±1%,Sp补偿范围±1V,电流通道5A±1%。
发射部分技术指标为:最大供电电压900V,最大供电电流5A,供电脉冲宽度1～60s。
多回击地闪下变电站雷电侵入波的仿真建模及防护
黄健宁;韩永霞;廖志铭;赵晓凤;李谦;颜旭;杜赛
【期刊名称】《广东电力》
【年(卷),期】2022(35)12
【摘要】雷击是造成输电线路跳闸的主要原因之一,多回击地闪占总雷击地闪的30%~50%,多回击地闪下可能出现连续多个雷电流侵入线路,造成变电站设备损坏,因此有必要开展雷电多回击地闪参数及波形研究,以及连续雷击下变电站设备雷电侵入波建模及防护方法研究。
首先,搭建考虑沿线电压、电流传播特性的人工引雷试验平台,进行人工引雷试验,测量引流杆多回击地闪雷电流波形参数和引出线的电压、电流分布;然后,基于实测多回击地闪雷电流波形,开展线路遭受连续雷击下变电站设备过电压等参数的电磁暂态仿真分析,将仿真结果与实测值进行比较,分析误差范围及原因;基于实测后续回击雷电流波形,针对某220 kV变电站开展多回击地闪雷击下站内设备电压、电流及避雷器能量的仿真分析,研究多回击地闪参数对站内设备绝缘设计的影响,并提出相应的防护措施。
【总页数】10页(P66-75)
【作者】黄健宁;韩永霞;廖志铭;赵晓凤;李谦;颜旭;杜赛
【作者单位】华南理工大学电力学院;广东电网有限责任公司电力科学研究院;中国气象局广州热带海洋气象研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM866
【相关文献】
1.特高压变电站雷电侵入波防护研究
2.雷电侵入波对变电站安全运行的影响及防护技术研究
3.500 kV线路进线段高绝缘对变电站雷电侵入波防护的影响
4.变电站断路器雷电侵入波过电压防护措施仿真分析
5.变电站雷电侵入波过电压防护的研究
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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１１４．２０２４．０１．０１７引用格式：赵笑洁，郝万明，王芳，等．混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计［Ｊ］．无线电通信技术，２０２４，５０（１）：１４３－１５１．［ＺＨＡＯＸｉａｏｊｉｅ，ＨＡＯＷａｎｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＦａｎｇ，ｅｔａｌ．ＢｅａｍＳｐｌｉｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｅｃｏｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｆｏｒＨｙｂｒｉｄＦａｒ ａｎｄＮｅａｒ ｆｉｅｌｄＴｅｒａｈｅｒｔｚＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２４，５０（１）：１４３－１５１．］混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计赵笑洁１，郝万明１，王 芳１，杨守义１，黄崇文２（１．郑州大学电气与信息工程学院，河南郑州４５０００１；２．浙江大学信息与电子工程学院，浙江杭州３１００２７）摘 要：为解决宽带太赫兹通信中传统混合预编码架构中的波束色散问题，将时延器引入到该架构中，并研究基于时延器的混合预编码架构性能。
讨论了混合远近场太赫兹通信中的波束色散问题，分析了引入时延器后的混合预编码架构及其性能，提出了一种基于远近场的混合预编码算法，对所提算法和传统的混合预编码算法进行了仿真。
仿真结果表明，所提算法在性能上优于传统算法，可以有效缓解混合远近场中的波束色散。
关键词：远场；近场；混合远近场；混合预编码；波束色散中图分类号：ＴＮ８２０．１；ＴＮ９２８ 文献标志码：Ａ 开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１１４（２０２４）０１－０１４３－０９ＢｅａｍＳｐｌｉｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｅｃｏｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｆｏｒＨｙｂｒｉｄＦａｒ ａｎｄＮｅａｒ ｆｉｅｌｄＴｅｒａｈｅｒｔｚＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＺＨＡＯＸｉａｏｊｉｅ１，ＨＡＯＷａｎｍｉｎｇ１，ＷＡＮＧＦａｎｇ１，ＹＡＮＧＳｈｏｕｙｉ１，ＨＵＡＮＧＣｈｏｎｇｗｅｎ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｂｅａｍｓｐｌｉｔｐｒｏｂｌｅｍｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒｂｒｏａｄｂａｎｄｔｅｒａｈｅｒｔｚｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｉｍｅｄｅｌａｙｅｒｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｉｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｅｒｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｂｅａｍｓｐｌｉｔｉｎｍｉｘｅｄｆａｒ ａｎｄｎｅａｒ ｆｉｅｌｄｔｅｒａｈｅｒｔｚｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｓｆｉｒｓｔｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｎｅｘｔ，ａｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｆｔｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｉｍｅｄｅｌａｙｅｒｓ．Ｔｈｅｎ，ａｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｆａｒ ａｎｄｎｅａｒ ｆｉｅｌｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｕｔｐｅｒｆｏｒｍｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｏｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｌｌｅｖｉａｔｅｂｅａｍｓｐｌｉｔｅｆｆｅｃｔｉｎｍｉｘｅｄｆａｒ ａｎｄｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｒ ｆｉｅｌｄ；ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ；ｍｉｘｅｄｆａｒ ａｎｄｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ；ｈｙｂｒｉｄｐｒｅｃｏｄｉｎｇ；ｂｅａｍｓｐｌｉｔ收稿日期：２０２３－１０－２５０ 引言电磁辐射场可以分为远场和近场区域，远场和近场之间的边界通常通过瑞利距离定义［１］，瑞利距离与阵列孔径的平方成正比，与波长成反比。
人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟钱勇;张阳;张义军;陈绿文;吕伟涛;郑栋;陈绍东;颜旭;徐良韬【摘要】2010-2014年夏季广州野外雷电试验基地采用了两种引雷火箭开展人工引雷试验,通过对25次经典人工触发闪电电流资料的分析,进一步证实了当火箭携带铜线时先驱电流脉冲(precursor current pulse)为双极性振荡型,火箭携带钢丝时先驱电流脉冲为单极性,其中单极性脉冲电流峰值、10％～90％上升时间、波形宽度和转移电荷量的几何平均值分别为26 A,0.33 μs,2.3μs,27μC,双极性脉冲相应的波形参数几何平均值分别为67 A,0.24μs,2.1μs,54 μC.双极性脉冲电流峰值的几何平均值接近是单极性的2.6倍,而波形持续时间和上升时间的几何平均值与单极性相近.利用传输线模型,模拟铜线通道底部电流波形呈双极性振荡型,而钢丝通道底部电流波形呈单极性,这与实际测量的结果比较一致,推测这两种电流波形可能是传输线特性阻抗不同所导致,在传输线顶端由先导起始放电产生的电流脉冲应为单极性.%During summers from 2010 to 2014,two kinds of rocket are used for artificially triggered lightning experiments in Guangzhou Field Experiment Site for Lightning Research and Testing.Based on the analysis upon current data of 25 classical rocket-and-wire triggered lightings,it can be confirmed that the unipolar precursor pulse is generated from the lightning triggered by copper wire,while the unipolar precursor pulse is generated from the lightning triggered by steel wire.As for the unipolar precursor pulse,the geometric mean (GM) values of peak current,rise time,duration of waveform and charge transfer are 26 A,0.33 μs,2.3 μs and 27μC,respectively.While for the bipolar precursor pulse,the corresponding values are 67 A,0.24 μs,2.1 μs and 54 μC,respectively.The GM value of peakcurrent for bipolar precursor pulse is close to 2.6 times that of the unipolar precursor pulse,however,GM values of duration and rise time are similar.Furthermore,the channel base current waveforms generated from copper and steel line are simulated by using the transmission line model.The simulated waveform is consistent with the observed one.The channel base current waveforms exhibit a bipolar oscillation,which can be caused by the obviously small characteristic impedance for copper wire than the grounding block.It is confirmed that the two forms of current waveform are caused by the difference between characteristics impedance of transmission line and grounding system.Precursor pulses are known that can be attributed to the superposition between the channel top current pulses and the bottom reflected current pulses.The current flows into the grounding system.If the characteristic impedance of transmission line doesn't match with the characteristic impedance of grounding system,the current will reflect at the connecting point between the transmission line and grounding system.With larger difference between the characteristic impedance of transmission line and grounding system,the reflection is more obvious.As a contrast,the characteristic impedance of steel wire is close to that of grounding system,which leads to weakreflection.Therefore,the current at the channel bottom generated from triggered lightning with steel wire is the same as the top current.The current pulses generated by the upward leader initial discharge at the top of the transmission line are unipolar.The conclusion is also verified by simulation results.【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2016(027)006【总页数】9页(P716-724)【关键词】人工触发闪电;先驱脉冲;特征参数;模拟【作者】钱勇;张阳;张义军;陈绿文;吕伟涛;郑栋;陈绍东;颜旭;徐良韬【作者单位】中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;新疆防雷减灾中心,乌鲁木齐830001;广州野外雷电试验基地,广州510080;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;广州野外雷电试验基地,广州510080;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;广州野外雷电试验基地,广州510080;广东省防雷中心,广州510080;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;广州野外雷电试验基地,广州510080;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;广州野外雷电试验基地,广州510080;广州野外雷电试验基地,广州510080;广东省防雷中心,广州510080;广州野外雷电试验基地,广州510080;广东省防雷中心,广州510080;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/雷电物理和防护工程实验室,北京100081;广州野外雷电试验基地,广州510080【正文语种】中文2010—2014年夏季广州野外雷电试验基地采用了两种引雷火箭开展人工引雷试验，通过对25次经典人工触发闪电电流资料的分析，进一步证实了当火箭携带铜线时先驱电流脉冲(precursor current pulse)为双极性振荡型，火箭携带钢丝时先驱电流脉冲为单极性，其中单极性脉冲电流峰值、10%～90%上升时间、波形宽度和转移电荷量的几何平均值分别为26 A，0.33 μs，2.3 μs，27 μC，双极性脉冲相应的波形参数几何平均值分别为67 A，0.24 μs，2.1 μs，54 μC。
布里渊传感系统中超高速方波脉冲源的设计尹成群;田航;李永倩;吕安强;黄涵娟【摘要】Because of the actual situation of the lack of ultrahigh-speed pulser for Brillouin sensor technique , the design method of an ultrahigh-speed pulser was introduced based on field-programmable gate array ( FPGA) device.In order to achieve smaller inter-symbol interference and better signal integrity , the crosstalk, modeling and electro-magnetic field of sensitive signal were analyzed .The time-domain waveforms and eye diagrams of the pulse with different pulse width were measured with a broadband oscilloscope .The generated pulse was specified by the minimum pulse width of 1ns, the maximum swing of 1.0V and the rising and falling transition time of less than 300ps.The pulse width could range from 1ns to 5ns, while repetitive frequency could range from 1kHz to10kHz.This result is helpful for improving the design of ultrahigh-speed pulsers .%为了解决布里渊传感器技术中缺少超高速方波脉冲源的实际情况，实现总线较小的码间串扰及高速发送器通道较好的信号完整性，采用对系统中的敏感信号线进行串扰分析、建模及电磁场仿真分析并在此基础上进行制版测试的方法，提出了一种基于现场可编程门阵列器件的超高速脉冲源的设计方案，并进行了理论分析和实验验证。
西安理工大学硕士学位论文strength with distance attenuation, multimode interference, radiation source parameters and waveguide media parameters on propagation characteristics are carried out.Thirdly, the IRI model and the NRLMSISE-00 atmospheric model are combined to obtain the ionospheric parameter information closer to the actual environment. Based on the analytical method, the VLF field strength daily variation prediction model is established，it can effectively realize the prediction and analysis of the variation characteristics of VLF field strength at different times in a day,the prediction results are in good agreement with the measured results, and the VLF propagation characteristics were analyzed when the ionospheric electron density, electron temperature, and neutral particle density were disturbed.The purpose of this paper is to provide a theoretical basis for VLF navigation timing and earthquake prediction for the high-precision prediction exploration method of VLF propagation characteristics.Key words：VLF；earth-ionosphere waveguide；analytical method；IRI model目录目录1绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 甚低频解析方法的理论研究 (2)1.2.2 甚低频数值方法的理论研究 (5)1.2.3 电离层参量对甚低频传播特性影响的相关研究 (6)1.2.4 甚低频的实验观测研究 (7)1.2.5甚低频在导航和地震预测中的应用 (8)1.3 论文主要研究内容 (9)1.4 本章小结 (11)2 甚低频电磁波在地-电离层波导中的传播机理及数值计算 (13)2.1 甚低频在球面地-电离层波导中的传播原理 (13)2.1.1 波型结构及边界条件 (13)2.1.2 高度增益函数求解—Airy函数近似法 (15)2.1.3 电离层的反射系数及表面阻抗的求解 (20)2.1.4 地面反射系数及表面阻抗的求解 (25)2.1.5 理想情况下模方程根的求解 (27)2.1.6 非理想情况下模方程根的求解 (29)2.1.7 垂直电偶极子辐射场的表示 (30)2.2甚低频波导边界特性介绍 (31)2.2.1 波导上边界—电离层的影响 (32)2.2.2 波导下边界—大地的影响 (34)2.3 本章小结 (35)3 甚低频电磁波在地-电离层波导中的传播特性分析 (37)3.1 电离层指数模型 (37)3.2 VLF解析方法的正确性验证 (39)3.3 多模干涉现象 (40)3.4 VLF场强随传播距离的衰减 (42)3.5 辐射源参数对VLF传播的影响 (43)3.5.1 发射频率 (43)3.5.2 辐射功率 (45)3.5.3 接收点高度 (46)3.6 波导媒质参数对VLF传播的影响 (47)西安理工大学硕士学位论文3.6.1 电离层参数 (47)3.6.2 地面电参数 (50)3.7 本章小结 (51)4 结合IRI-MSISE模型的甚低频电磁波传播特性预测 (53)4.1 电离层IRI-MSISE模型介绍 (53)4.2 IRI-MSISE模型参数获取及算法设计 (54)4.3甚低频电波传播特性预测及分析 (56)4.3.1 VTX-Kolkata传播路径参数分析 (56)4.3.2 不同时刻场强随距离的衰减特性 (61)4.3.3 场强的日变化特性预测 (62)4.3.4 电离层扰动对甚低频传播特性的影响 (63)4.5 本章小结 (67)5 总结与展望 (69)5.1 总结 (69)5.2 展望 (70)致谢 (71)参考文献 (73)攻读硕士学位期间主要研究成果 (79)VI绪论1绪论1.1 研究背景与意义按照国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)对于无线电波频段的划分，3kHz~30kHz频段范围内的无线电波称为甚低频电磁波，对应波长为10km~100km，它是无线电频谱中极具特点的频段。
基于Biexponential基电流传输线通道模型的地闪回击近场电磁环境张子恒; 田杨萌; 王彩霞【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)030【总页数】8页(P35-42)【关键词】雷电电磁脉冲; 地闪回击; XFDTD; Biexponential; 近场【作者】张子恒; 田杨萌; 王彩霞【作者单位】北京信息科技大学理学院北京100192【正文语种】中文【中图分类】P427.32地闪的典型过程包括预击穿、阶梯先导、首次回击、直窜先导和继后回击等阶段[1—4]，其中回击过程中会产生整个放电现象中强度最大的回击电流，并瞬间向外辐射出巨大电磁能量即产生整个地闪过程中幅值最大、辐射效应最强的雷电电磁脉冲(lightning electromagnetic pulse, LEMP)，其有可能在一些设施如：天线、雷达系统、配电系统的敏感电子元件上产生感应过电压进而对其造成电磁损伤。
随着微电子技术与智能化趋势的发展，低功耗纳米级芯片广泛应用于电子及电气设备，这些高电磁敏感度芯片致使相关设备更易受到这种高功率电磁脉冲的影响。
因此，对回击近场区LEMP研究的必要性就变得尤为突出。
1966年，Kane[5]首次提出一种电磁场数值计算新方法——时域有限差分(finite-difference time domain, FDTD)方法。
其对电磁场E、H分量在空间和时间上采取交替抽样的离散方式，每一磁场矢量都被4个电场矢量所环绕，形成磁场的旋度，模拟法拉第定律；如果增加邻近的单元，同样可以看到每一电场矢量都被4个磁场矢量所环绕，模拟安培定律[6]。
该方法在很大程度上模拟了电磁场的真实传播过程，并广泛应用在瞬态近-远场问题求解中。
杨波等[7]利用二维FDTD计算了在雷电通道不同距离处、不同大地电参数条件下LEMP在地下不同深度的分布，并得出结论：随着距离的增大，大地中LEMP场分量迅速衰减。
吴孟恒[8]利用二维FDTD数值分析模型分析了不同土壤结构对雷电辐射电磁场的影响。
Yu等[9]利用FDTD方法并考虑闪道长度，回击速度和大地电导率的影响，计算距离闪道50 m和100 m处空间水平电场。
Aoki等[10]利用二维柱坐标系下的FDTD方法计算有损地面上距离回击通道5～200 km范围内的电磁场。
可见在雷电回击辐射电磁场研究中，FDTD方法是一种有效的求解手段。
基于FDTD方法的雷电回击研究多以自行编写程序代码形式进行实现，此方法由于缺乏系统性，因而实现性较差，求解效率较低，不利于在工程应用中推广。
现利用基于FDTD方法的XFDTD三维电磁场仿真软件实现对雷电回击近场区电磁环境的分析，不同于传统的数值求解方法，其不仅结合方便的图形化操作与XStream加速技术实现高效建模与求解，还具备强大的后处理功能，可以便利地观察到形象直观的瞬态三维电磁场分布情况，有利于进一步对目标电磁问题进行综合分析。
1 雷电回击理论模型1.1 回击通道模型雷电回击工程模型是一种高度简化的通道模型，注重模型的简洁性、预测电磁场与实测电磁场的一致性。
由于涉及的变量相对较少，在雷电电磁场计算和预测中得到广泛应用[11]。
回击工程模型包括:传输线(transmission,TL)、MTLL、MTLE、BG、TCS和DU模型，除DU模型外，其他5个模型都可以利用一个简单的表达式来描述通道中电流的分布情况[12—13]，即：(1)式(1)中：I(z′,t)是通道中距离地面高度z′处t时刻的雷电流；u为单位阶跃函数；vf为波头传播速度(也称回击速度)；v为电流波传播速度；P(z′)是随高度变化的电流衰减因子。
当时，单位阶跃函数u为1，否则为0。
当电流衰减因子P(z′)=1，即v=vf时，为传输线模型，其模型示意图如图1所示。
图1 回击模型示意图Fig.1 Schematic diagram of the lightning return stroke modelTL模型由Uman等[14]于1969年提出，是较为经典的雷电回击工程模型，该模型认为电流波沿雷电放电通道无失真无衰减地传播，如式(2)所示，通道中任意位置处电流i(z′,t)与通道基电流一致；回击电流连续，且回击前沿以上的部分电流为零，但其无法避免通道为理想传输线的弊端。
通道中电流表达式如下：(2)式(2)中：i(z′,t)为通道中高度z′处电流；为通道底部基电流，表示通道中电流无衰减地传输。
(3)式(3)中：ρL(z′,t)为通道中雷电流线电荷密度，当ρL(z′,t)=0时，即该模型中无累积电荷。
使用TL模型建立地闪回击模型，该模型电流表达式较为简洁，更易在工程中对回击电流进行复现，广泛应用于雷电回击电磁场的研究中；且多数电磁仿真软件都无法模拟回击电流在通道中有衰减地传输。
1.2 基电流模型除回击通道模型外，雷电回击模型中另外一个重要组成部分就是基电流模型。
这是因为电流是产生雷电辐射电磁场的场源，基电流模型的准确性直接决定了其能否对实测通道基电流进行准确表征，同时也决定了电磁场仿真波形的分布特征。
已有的几种基电流模型如下。
1.2.1 Double exponential(双指数)函数模型[1](4)式(4)中：I0为峰值电流；η为电流修正因子；α为波头衰减常数；β为波尾衰减常数，决定电流波形的上升时间、衰减时间和平均陡度。
式(4)相对简单，且易于拟合实测雷电流，但其电流导数在t=0时与实际情况不符。
1.2.2 Heidler(霍德勒)函数模型[16](5)(6)式中：I0为基电流峰值；τ1和τ2分别为波头、波尾衰减时间常数；指数n为0～2；η为峰值修正因子。
当t=0时，电流微分为0且与实测回击电流波形一致。
此外，可以通过改变参数I0、τ1、τ2实现电流幅值与最大电流导数的准确调节。
为了进一步改善基电流拟合效果，许多学者在传统模型的基础上对基电流模型进行改进。
Milewski等[17]提出了修正的Heidler函数；Rameli等[18]利用Heidler函数的叠加实现了更好的拟合效果。
Javor等[19]提出拟合基电流的NCBC函数模型，其表达式中衰减部分由n个表达式组成；Rajicic[20]等提出了基于Double exponential函数改进的基电流拟合函数；Dib等[21]利用改进的Double exponential函数模型拟合雷电基电流，并获得了较好的拟合效果。
1.2.3 Biexponent函数模型[21]Dib等[21]利用两个Double exponential函数对通道基电流进行拟合，实现了较好的基电流拟合效果，其表达式如下：i(0,t)=I1(e-αt-e-βt)+I2(e-γt-e-δt)(7)式(7)中：α和γ为波头衰减常数；β和δ为波尾衰减常数。
4个参数同时决定电流波形的上升时间、衰减时间和平均陡度。
该基电流模型相较于上述几种改进的基电流模型[17—20]而言，参数调节更加灵活简便，具有更强的可操作性，同时又能达到较好的拟合效果，更适于在工程计算中对通道基电流进行拟合。
分别利用上述3种基电流拟合函数对文献[22]中人工触发闪电(闪电编号：S9934—6)实测通道基电流波形进行拟合，Biexponent函数拟合参数如表1所示，拟合效果图如图2所示。
由实测通道基电流波形可知，其10%～90%的平均陡度G较大，对应先导过程迅速增强的通道电流。
对图2中所示拟合效果作如下分析。
(1) Heidler函数在Double exponential函数的基础上其陡度有较好的改善[23]，但调节其参数直至出现期望波形的可操作性较差[19]，针对实际拟合效果而言，Heidler函数拟合波形上升沿部分更为陡峭，Heidler函数与Double exponential函数对波形上升沿拟合效果均较为理想。
(2) 对于Biexponent函数而言，其电流拟合波形的10%～90%上升时间t，波形半峰宽度tHPW都与实测波形吻合程度较好，拟合效果优于其他两种拟合函数，尤其是拟合波形下降沿部分实现了对实测波形的准确复现。
表1 Biexponent函数拟合参数Table 1 Fitting parameters of Biexponent function I1/kAαβI2/kAγδ54.9×1072×1074.591.5×1066×106图2 基电流波形拟合效果对比Fig.2 Comparison of the base current waveform fitting effect图3所示为图2中电流曲线的一阶微分变换结果，根据Double exponential函数自身特性可知，其在零时刻一阶微分为零，并不能完整地拟合实测电流微分波形，而Heidler函数的拟合曲线的完整度较好；对于拟合波形的下降沿而言，Biexponential拟合效果要好于Heidler函数与Double exponential函数。
图3 电流导数拟合效果对比Fig.3 Comparison of current derivative fitting effect综合分析图2、图3中电流以及其一阶微分拟合效果，Biexponential不仅可以实现对人工触发闪电实测基电流波形较为准确的拟合，且电流导数拟合波形与实测结果的一致性较好，可以较好地复现通道基电流波形特征。
因此选用Biexponential 基电流拟合波形作为回击模型的激励源。
2 基于XFDTD仿真软件的建模2.1 地闪回击三维模型利用基于FDTD方法的三维电磁场XFDTD仿真软件并根据上述理论模型建立地闪回击三维模型，如图4所示。
在电导率σ为0.01 S/m，相对介电常数εr为10的均匀良导体大地[24—25]上垂直设立长度H为2.5 km，半径r为5 mm的回击通道，并在均匀大地中放置镜像回击通道[24,26]；设定通道电导率σ为1 000 S/m，相对介电常数εr为5.3以定义通道中传播速度小于3×108 m/s的回击电流，以上两个特征参数的确定分别体现了模型预测与实测场间的一致性和通道中电荷物理放电机理[27]。
图4 基于XFDTD的三维回击模型示意图Fig.4 Schematic diagram of 3Dlightning return stroke model based on XFDTD2.2 模型验证基于上述地闪回击三维模型，并利用Biexponent函数拟合的通道基电流作为模型激励源，计算地闪回击近场区(距通道15 m处)的电磁场，并与文献[22]中一次人工触发闪电距离通道15 m处实测电磁场波形进行对比。
地闪回击近场区(距通道15 m处)雷电电磁脉冲电场强度与磁感应强度随时间变化曲线分别如图5、图6所示。
