[发明专利]一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法和装置

权利要求书

1.一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于，该方法通过以下步骤按顺序实现：

1)获取不同频率微波在等离子体中的传输延迟时间；

2)采集一定时间内的传输延迟时间和信号幅度随时间的变化，并进行时频分析；

3)对单个扫频周期内的传输延迟时间进行信号特征分析，识别大幅度的新经典撕裂模；若判定大幅度的新经典撕裂模已出现，则执行步骤(5)；

4)对传输延迟时间信号和幅度信号的频域特征进行分析，按照识别特征判断小幅度的新经典撕裂模的存在；

5)采集磁探针信号，进一步确认新经典撕裂模的出现，计算新经典撕裂模的模式；

6)将磁探针信号与传输延迟时间信号进行相关分析；

7)通过传输延迟时间反演等离子体密度分布，获得微波探测频率与托卡马克径向位置对应关系；

8)基于步骤(6)和步骤(7)的结果计算确定新经典撕裂模位置和磁岛宽度。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，利用扫频微波源产生一束频率连续变化的微波信号，扫频重复频率为新经典撕裂模的磁岛的旋转频率的2倍以上，将微波信号与本振信号混频后分为两束，一束为探测道，一束为参考道，探测道信号被发射至等离子体中，并在截止层处产生反射，反射信号与参考道信号进行混频，获得中频信号，中频信号再与本振信号进行复混频后，获得拍频信号，通过所述拍频信号的拍频频率与扫频速度计算发射信号与反射信号的传输延迟时间作为微波在等离子体中的传输延迟时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步骤(3)中，对单个扫频周期内的传输延迟时间进行求导，如果传输延迟时间发生跳变，则在其导数曲线上会出现幅度高于阈值的峰值，当该峰值出现在连续多个扫频周期内时，则判断峰值所在的扫描频率对应的截止层为新经典撕裂模磁岛所在位置，进而初步判定大幅度的新经典撕裂模已出现，并跳过步骤(4)，直接执行步骤(5)。

4.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步骤(4)中，所述按照识别特征判断小幅度的新经典撕裂模的存在包括以下步骤：

1)特征1：在某个微波频率对应的传输延迟时间信号频率谱上出现了峰值，该峰值的相对高度超过了设定阈值，而且峰值对应频率f_peak在设定的频率范围内；

2)特征2：传输延迟时间信号频率谱出现峰值的微波频率上，相邻微波频率的传输延迟时间信号相位谱上出现反转现象，即相邻的微波频率的传输延迟时间信号变化频率相同，但相位相差约180度；

3)特征3：出现相位反转的两个相邻微波频率上，其中一个频率谱上具有明显峰值，另一个频率谱则相对平坦，幅度信号频率谱出现明显峰值的微波频率对应的截止层位于磁岛内侧，而幅度信号频率谱相对平坦的微波频率对应的截止层位于磁岛外侧；

若经过以上步骤1)-3)判断，特征1-3均满足时，则初步判断为新经典撕裂模已出现，其特征频率为f_peak。

5.根据权利要求1所述的一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步骤(5)中，将磁探针沿着托卡马克装置极向和环向分布，按照所需测量模数的大小分配放置磁探针个数，磁探针信号进行采集和滤波，并对其进行频谱分析；如果磁探针信号的频谱上出现相对高度大于设定阈值的峰值，且峰值所处频率处于设定频率范围内，同时传输延迟时间信号和幅度信号符合步骤(3)或步骤(4)中所列特征，则确认新经典撕裂模已出现，将峰值所处的频率确认为新经典撕裂模的特征频率f_NTM，并计算相邻两道磁探针数据的相位差，利用基于该相位差得到极向模数m或环向模数n。

6.一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的装置，该装置包括微波诊断系统，磁诊断系统，数据采集系统和实时计算系统，其特征在于：微波诊断系统和磁诊断系统产生的信号通过同轴电缆传输至数据采集系统，数据采集系统与实时计算系统相连，其中，微波诊断系统用于发射和接收探测新经典撕裂模的扫频微波信号；

所述实时计算系统包括第一时频分析模块、第二时频分析模块、第三时频分析模块、延迟时间和幅度提取模块、第一新经典撕裂模识别模块、第二新经典撕裂模识别模块、数字滤波模块、新经典撕裂模确认模块、新经典撕裂模模式计算模块，磁岛宽度计算模块、等离子体密度分布反演模块和新经典撕裂模位置计算模块；其中，

所述第一时频分析模块提取微波诊断系统输出信号的频谱；延迟时间和幅度提取模块从第一时频分析模块得到的频谱提取传输延迟时间和信号幅度信息；第二时频分析模块基于从延迟时间和幅度提取模块中获得的传输延迟时间信号和幅度信号获得传输延迟时间信号的时间频率谱和时间相位谱以及幅度信号的时间频率谱；第一新经典撕裂模识别模块对单个扫频周期内的传输延迟时间进行信号特征分析进而实现对大幅度的新经典撕裂模进行识别；第二新经典撕裂模识别模块对传输延迟时间信号和幅度信号的频域特征进行分析并对小幅度的新经典撕裂模进行识别；数字滤波模块通过数字滤波器对磁诊断系统输出的磁探针信号进行低通滤波；第三时频分析模块对经滤波的磁探针信号进行时频分析，获得其时间频率谱和时间相位谱；新经典撕裂模确认模块通过磁探针信号的时间频率谱进一步确认新经典撕裂模的存在；新经典撕裂模模式计算模块基于磁探针信号的时间相位谱计算新经典撕裂模的极向模数和环向模数；磁岛位置宽度计算模块将磁探针信号与传输延迟时间信号进行相关分析；等离子体密度分布反演模块获得微波探测频率与托卡马克径向位置之间的对应关系；新经典撕裂模位置计算模块基于磁岛宽度计算模块和等离子体密度分布反演模块得到的结果计算得到新经典撕裂模在聚变装置内的径向位置和磁岛宽度。