[发明专利]一种用于EAST托卡马克磁信号快速提取的数值方法

说明书

本发明提供了一种用于EAST托卡马克磁信号快速提取的数值方法。首先根据EAST托卡马克磁探针阵列在空间中的排布情况计算相应的权重系数并储存在控制系统中等待调用。在EAST实验放电过程中，通过磁探针阵列实时测量各处的磁响应信号，将相应位置的磁信号数值与权重系数相乘并通过计算公式提取特定环向分量的复数信号。最后将提取到的信号储存在系统中等待后续分析或传输给其他控制算法进行处理。本发明实现了快速提取EAST放电过程中磁响应信号的特定环向分量，该数值方法计算效率高，达到实时获取磁响应信号特定分量的目的，弥补了传统拟合方法因效率低导致只能通过实验后期处理信号的不足。

技术领域

本发明涉及磁约束可控核聚变领域托卡马克装置放电实验数据的快速处理，特别涉及一种用于EAST托卡马克磁响应信号环向分量快速提取的数值方法。

背景技术

随着社会的进步，人类对能源的需求与日俱增，能源短缺问题逐渐凸显。目前人类所使用的能源主要为化石能源，化石能源储量有限且燃烧释放有害气体，因此亟需寻找化石能源的替代品。目前普遍认为核聚变能是解决能源问题的终极方案，其中磁约束法中的托卡马克装置是最有前景的实现方法。我国在此领域处于国际前列，其中中科院等离子体物理研究所的东方超环(EAST)托卡马克是我国重要装置之一。

为了监测以及实时控制EAST托卡马克放电过程中的等离子体状态，需要各种诊断设备来测量等离子体参数，其中磁探针阵列就是用来测量空间中磁响应信号的设备。通过对测量到的磁响应信号进行分析可以判断等离子体状态并采取相应的实时控制手段对等离子体进行控制来达到稳态运行的目的。某些实时控制算法需要磁响应信号的特定环向分量作为输入参数，但是传统的拟合手段效率较低，往往只能在实验后进行拟合分析，无法达到实时提取磁响应信号的特定环向分量的水平，这阻碍了许多实时控制算法的发展。本发明提出的方法具有较高的计算效率，足够实现实时提取磁响应信号特定分量的目的，同时保证了提取信号的准确性，弥补了传统拟合方法只能在实验完成后进行信号处理的不足，为发展各种以磁响应信号特定环向分量为输入的实时控制算法提供了基础，是一种高效且稳定可靠的数值方法。

发明内容

发明目的：实现实时提取EAST放电过程中磁响应信号的特定环向分量的目的，弥补传统拟合方法由于拟合效率较低而只能在实验后期对信号进行处理的不足，为发展多种以磁响应信号特定环向分量为输入参数的实时控制算法提供基础。

本发明的技术方案：

一种用于EAST托卡马克磁信号快速提取的数值方法，该数值方法计算效率高，可以达到实时获取磁响应信号特定分量的目的，同时可以保证提取信号的准确性，是一种高效且稳定可靠的数值方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据EAST托卡马克装置的磁探针阵列空间分布计算相应的权重系数W₁、W₂…W_n(n为环向磁探针数，通常为偶数)；

步骤1.1：将n个磁探针分为两两一组共组，并分别计算每组的权重系数；

步骤1.2：首先计算第一组磁探针所对应的权重系数W₁和上测量到的磁响应信号S₁和满足如下方程组：

acosφ₁-bsinφ₁＝S₁

acosφ_n/2+1-bsinφ_n/2+1＝S_n/2+1

其中a、b为待定系数(用于计算所需提取的磁响应信号)，S为不同磁探针测量到的磁响应信号，φ为磁探针所在空间位置所对应的环向角大小。最终提取的磁响应信号环向分量为其中i为虚数符号；

求解如上方程组可得待定系数如下：