【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁约束核聚变，具体涉及一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法及装置。
技术介绍
1、在磁约束聚变装置托卡马克中，等离子体安全因子分布的实时诊断测量对于实现高性能、长脉冲稳定状态的先进运行模式具有至关重要的意义。由于托卡马克内部装置的不可近性与复杂性，目前对于安全因子分布的常用诊断工具主要为光谱诊断，即远红外偏振干涉测量和运动斯塔克效应诊断。前者是积分测量诊断，必须通过数学变换和反演模型才可获得安全因子分布；基于中性原子束注入加热的运动斯塔克效应诊断可以确定内部安全因子分布，但这一诊断技术依赖中性束脉冲注入，系统运行造价高昂且时间分辨率较低。
2、因此，本专利技术提出一种可以给出安全因子分布的低阶有理面(即安全因子为1、2或3等有理数时所对应的位置)的实时识别与定位的方法与装置，对于未来降低光谱诊断造价和装置安全运行具有显著意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于微波反射实时识别和定位托卡马克中低阶有理面位置的方法与装置，能够实现实时测量等离子体电子密度分布的同时，且当宏观磁流体力学模式存在时能够快速识别和精确定位低阶有理面位置。
2、第一方面，为实现上述目的，本专利技术提出一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，包括有以下方法步骤：
3、s1、获取不同探测频率微波在等离子体中的传输延迟时间及其信号幅度；
4、s2、通过反演获得探测频率与托卡马克位置之间的映射关系和等离子体电子密度分
5、s3、通过空间插值后获得不同径向位置的传输延迟时间及其信号幅度；
6、s4、获得传输延迟时间的空间梯度，并根据信号特征识别低阶有理面的径向坐标值d1；若判断低阶有理面位置为非空集，则继续执行下一步骤；反之则跳过，对下一时间段的传输延迟时间的信号及其幅度信号返回至初始步骤s1；
7、s5、通过磁探针信号确定磁流体力学模式的出现，进一步计算模式的特征频率；
8、s6、确定磁流体模式的环m和极向模数n；
9、s7、分析滤波后的传输延迟时间信号及其信号幅度，并根据互相关系数获得低阶有理面的径向坐标值d2；
10、s8、基于径向坐标值d1、径向坐标值d2的结果以及磁流体模式的环m、极向模数n确定低阶有理面数值，及其对应的径向位置d3。
11、可选的，所述s1中，获取不同探测频率微波在等离子体中的传输延迟时间，具体为：
12、s11、利用扫频微波源作为发射源，向等离子体发射一列频率连续变化的微波；
13、s12、采用定向耦合器将微波源输出信号分成发射道与接收道；
14、s13、微波经过发射天线进入等离子体，在等离子体中截止反射之后被接收天线接收；
15、s14、信号反射再与接收道的本征信号进行混频，通过混频信号获得相位变化速率与扫频速度来获得微波在等离子体中的传输延迟时间。
16、可选的，所述s14中，将混频信号做时频傅里叶变换，获得不同探测频率对应的信号幅度。
17、可选的，所述s4中，按照信号特征初步识别低阶有理面的存在，其包括以下步骤：
18、s41、在传输延迟时间的分布出现从单调分布变成在某一局域位置，出现峰值“跳变”的现象，该局域位置范围所对应的探测频率范围位于设定的频率范围内，并获取该局域范围的径向坐标值d11；
19、s42、在传输延迟时间的信号幅度在探测频率范围上，出现反射信号功率下降的现象，且功率衰减超过了设定阈值，并获取所对应截止层的径向坐标值d12；
20、s43、在传输延迟时间的空间梯度分布上出现了极值现象，且极值的相对高度超过了设定阈值，并获取极值范围的径向坐标值d13；
21、取上述步骤中径向坐标值d11、d12、d13的交集，得到交集d1＝d11∩d12∩d13；
22、其中，若同时满足所述s41、所述s42、所述s43的条件，且交集d1为非空集时，则初步判断此时通过微波反射来识别低阶有理面的位置，继续执行下一步骤。
23、可选的，所述s5中，计算模式的特征频率包括：
24、在托卡马克装置内沿环、极向位置各放置一圈探针，获取不同环、极向位置的磁场扰动信号，对磁场扰动信号平滑处理和频谱分析；如果磁探针信号的频谱上出现相对高度大于设定阈值功率的峰值现象，且峰值所处频率处于磁流体力学模式的频率范围内，同时传输延迟时间信号和幅度信号与步骤s4中的特征对应，则确认磁流体力学模式出现，得到最大功率处的频率为磁流体力学模式的特征频率fmhd。
25、可选的，所述s6中，分析获得相邻两道磁探针数据的相位差，利用该相位差除以两道磁探针在环向或极向的位置夹角，得到的整数倍关系，即为环向模数m或者极向模数n。
26、可选的，所述s7中，根据其互相关系数获得低阶有理面的存在，包括以下步骤：
27、s71、对带通滤波后的各道相对传输延迟扰动信号，与一道磁探针信号进行互相关分析，并计算各道的互相关系数在特征频率范围内的平均互相关系数，当其大于设定阈值，获取该道所对应的径向坐标值d21；
28、s72、对带通滤波后的各道相对幅度扰动信号，与一道磁探针信号进行相关分析，并计算各道的互相关系数在特征频率范围内的平均互相关系数，当其大于设定阈值，获取该道所对应的径向坐标值d22；
29、s73、对带通滤波后的各道相对梯度扰动信号，与一道磁探针信号进行相关分析，获得各道的互相关系数在特征频率范围内的平均互相关系数，当其大于设定阈值，获取该道所对应的径向坐标值d23；
30、以上步骤s71、步骤s72、步骤s73中的带通滤波范围为[fmhd-df,fmhd+df]，df设为fmhd/2；将步骤s5中获得在特征频率附近，具有最大相对高度峰值对应的该道磁探针信号作为参考信号，经过步骤s71、步骤s72、步骤s73的判断，获取径向坐标值的并集，即得到交集d2＝d21∪d22∪d23。
31、可选的，所述s8中，低阶有理面的数值q通过环、极向模数确定，即q＝m/n；并将步骤s4和步骤s7所获得的径向坐标值d1和d2的交集作为最后识别定位得到的该低阶有理面的径向坐标位置，即d3＝d1∩d2。
32、第二方面，一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的装置，应用于第一方面所述的方法，该装置包括：
33、诊断系统，包括微波反射诊断系统和磁诊断系统，其中，磁诊断系统在托卡马克装置内沿环、极向位置各放置一圈探针，获取不同环、极向位置的磁场扰动信号；微波反射诊断系统用于接收和发射天线在托卡马克的外中平面位置进行放置，获取不同探测频率微波在等离子体中的传输延迟时间和信号幅度；
34、实时采集系统，将通过同轴电缆传输的诊断信号进行数字化，包括第一数据采集模块和第二数据采集模块；
35、实时识别定位系统以及人机交互系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S1中，获取不同探测频率微波在等离子体中的传输延迟时间，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S14中，将混频信号做时频傅里叶变换，获得不同探测频率对应的信号幅度。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S4中，按照信号特征初步识别低阶有理面的存在，其包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S5中，计算模式的特征频率包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S6中，分析获得相邻两道磁探针数据的相位差，利用该相位差除以两道磁探针在环向或极向的位置夹角，得到的整数倍关系，即为环向模数m或者极向模数n。>
7.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S7中，根据互相关系数获得低阶有理面的存在，包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述S8中，低阶有理面的数值q通过环、极向模数确定，即q＝m/n；并将步骤S4和步骤S7所获得的径向坐标值d1和d2的交集作为最后识别定位得到的该低阶有理面的径向坐标位置，即d3＝d1∩d2。
9.一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的装置，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的方法，该装置包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的装置，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述s1中，获取不同探测频率微波在等离子体中的传输延迟时间，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述s14中，将混频信号做时频傅里叶变换，获得不同探测频率对应的信号幅度。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述s4中，按照信号特征初步识别低阶有理面的存在，其包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，所述s5中，计算模式的特征频率包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶凯萱，文斐，张涛，李恭顺，耿康宁，周振，高翔，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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