CN113438787B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及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，该装置包括微波诊断***，磁诊断***，数据采集***和实时计算***，所述实时计算***用于对诊断***的信号进行处理，并提取信号特征，识别判断新经典撕裂模，并计算其所在位置。该方法和装置在实时测量新经典撕裂模位置的同时避免了被低杂波电流驱动干扰，实现了与低杂波电流驱动***的协同工作。
Description
技术领域
本发明属于等离子体诊断技术领域，具体涉及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。
背景技术
在磁约束聚变装置托卡马克中，维持等离子体安全稳态运行是第一要务，而在等离子体运行过程中，各种磁流体不稳定性的出现可能破坏平衡状态，甚至导致等离子体破裂，这将严重危害装置安全。新经典撕裂模就是磁流体不稳定中危害较大的一种，它是一种由压强梯度驱动的电阻性磁流体不稳定性，经常出现在高归一化比压的等离子体放电实验中。新经典撕裂模的出现会增加等离子体的横向输运，其磁岛O点所在有理面的密度和温度分布会发生展平现象，进而会影响到等离子体的约束性能，甚至导致等离子体发生破裂。因此，新经典撕裂模的测量和控制是需要考虑的问题。
目前，最常用的新经典撕裂模的探测手段是利用电子回旋辐射诊断来进行，专利CN201821127862.0和CN201810781958.7公开了这种探测***及方法，其主要原理是：新经典撕裂模磁岛处的等离子体温度具有周期性的变化，通过电子回旋辐射诊断可以测量电子回旋辐射强度，而电子回旋辐射强度正比于电子温度，因此通过电子回旋辐射诊断可以测量到磁岛处的温度的周期性变化，再结合磁探针信号进行分析，就可以识别出新经典撕裂模，并确定其磁岛所在位置。不过，上述方法和***在低杂波电流驱动***工作时将无法使用，由于低杂波电流驱动产生的高能电子使得电子回旋辐射的频率与相应的等离子***置不再具有一一对应关系，从而破坏了电子回旋辐射诊断的空间局域性，使得其无法测量新经典撕裂模的准确位置。由于低杂波电流驱动是聚变装置用于提高等离子体约束性能的一种重要加热与驱动手段，因此开发一种可以与低杂波电流驱动***协同工作的新经典撕裂模测量方法和***具有显著意义。
发明内容
本发明提出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，该方法和装置在实时测量新经典撕裂模位置的同时避免了被低杂波电流驱动干扰，实现了与低杂波电流驱动***的协同工作。
本发明提出以下技术方案：
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。
其中，在所述步骤(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。
其中，大幅度的新经典撕裂模磁岛的空间尺度相对较大，新经典撕裂模磁岛中等离子体密度分布比较平坦，因此微波反射仪进行连续扫频时，传输延迟时间在磁岛处将产生一个明显的跳变，因此通过此特征可以直接识别大幅度新经典撕裂模，而小幅度的新经典撕裂模由于空间尺度较小，无法直接通过此方法进行判断，需要通过其频率特征进一步进行分析判别。
在步骤(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)。
其中，在步骤(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fpeak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fpeak。
在步骤(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fNTM，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。
本发明还提供了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***，磁诊断***，数据采集***和实时计算***，其特征在于：微波诊断***和磁诊断***产生的信号通过同轴电缆传输至数据采集***，数据采集***与实时计算***相连，其中，微波诊断***用于发射和接收用于探测新经典撕裂模的扫频微波信号；
所述实时计算***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***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***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。
通过本发明的技术方案，可达到以下有益效果：
一、本发明为主动探测手段，抗干扰能力相对较强，不受低杂波电流驱动***影响，可相对独立地测量新经典撕裂模位置，是目前探测手段的有益补充。
二、本发明的时空分辨率较高，可给出比较准确的新经典撕裂模位置测量结果，位置精度与电子回旋发射诊断类似，优于软X射线诊断。
三、本发明不但可以给出磁岛的磁轴位置，还可以对磁岛的宽度进行测量，可提供更多信息供等离子体控制***对新经典撕裂模进行抑制。
四、本发明在测量新经典撕裂模位置的同时，还可以获取等离子体密度分布信息，有利于等离子体控制***计算沉积位置，便于进行新经典撕裂模抑制。
附图说明
图1所示为本发明的一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的装置的结构示意图。
具体实施方式：
本发明提出了一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，具体步骤包括：
(1)获取不同频率微波在等离子体中的传输延迟时间：利用扫频微波源产生一束频率连续变化的微波信号。微波的频率范围需根据聚变装置的磁场强度和等离子体密度来确定，磁场强度和等离子体密度越高，则所需的微波频率就越高。扫频速度的选择则与新经典撕裂模磁岛的旋转速度相关，扫频重复频率至少应为新经典撕裂模磁岛的旋转频率的2倍以上，扫频重复频率越高，则可以获得越多的信号细节。按照外差测量的方法，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，获得最终的拍频信号。拍频信号经模拟数字变换转为数字信号，然后经数字滤波和快速傅里叶变换，将信号转换至频域，通过峰值提取可获得各发射频率对应的拍频频率FB和信号幅度AB。通过拍频频率与扫频速度即可计算发射信号与反射信号的传输延迟时间TOF＝FB/(dFP/dt)。
(2)采集一定时间内的传输延迟TOF和信号幅度AB随时间的变化，并对其进行时频分析：通过一次频率扫描，可以获得一个时间片段内的不同频率微波对应的传输延迟时间TOF(FP)和幅度AB(FP)。经过重复多次扫描，可以获得多个时间片段内的不同频率微波对应的传输延迟时间TOF(FP)和幅度AB(FP)。将一定数量时间片段内的同一频率微波对应的传输延迟时间TOF(FP)和幅度AB(FP)提取出来，按扫频起始时刻排列，组成传输延迟时间信号TOF(FP,t)和幅度信号AB(FP,t)，对这两个信号进一步进行快速傅里叶变换获得其时间频率谱(FSTOF(FP,T,f,TOF)，FSA(FP,T,f,A))和相位谱(PSTOF(FP,T,f,phase))。
(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：将单个扫频周期内的传输延迟时间TOF(FP)进行求导，获得dTOF(FP)/dFP，如果传输延迟时间发生跳变，则在其导数dTOF(FP)/dFP曲线上会出现幅度高于阈值的峰值。为了避免受噪声干扰，只有当该峰值出现在连续多个扫频周期内时，才可以判断峰值所在的扫描频率对应的截止层即可判断为新经典撕裂模磁岛所在位置。如果以上特征得到确认，则初步判定新经典撕裂模已出现，跳过步骤(4)，直接执行步骤(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：如果传输延迟时间信号和幅度信号发生了周期性波动，则在其频率谱上应存在明显峰值，反之，则频率谱会分布相对均匀。按照以下列具体特征判断新经典撕裂模的存在与否：
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fpeak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，其幅度信号频率谱出现明显差别，其中一个频率谱上具有明显峰值，另一个频率谱则比较平坦。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:1)-3)判断，出现符合特征1-3的信号，则初步判断为新经典撕裂模已出现，其特征频率为fpeak。
(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：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，磁探针个数应大于等于所探测模数的两倍。将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fNTM。进一步地，计算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极向或环向的位置夹角，得到的倍数关系即为极向模数m或环向模数n。
(6)将磁探针信号与传输延迟时间信号进行相关分析，计算磁岛宽度：将其中一道磁探针信号设定为参考道，并与各微波探测频率对应传输延迟时间信号进行相关计算，得到各探测频率对应的互相关谱COLB_TOF(FP,T,f,COL)和互相位谱CPB_TOF(FP,T,f,CP)。将互相关谱和互相位谱中新经典撕裂模特征频率fNTM对应的值抽取出来，组成两个新的函数，相关系数col(FP)＝COLB_TOF(FP,T1,fNTM,COL)和互相位角cp(FP)＝CPB_TOF(FP,T1,fNTM,CP)。根据步骤四中特征2，cp(FP)处会出现一个幅度为180度的跳变，该跳变处对应的探测频率记为FPO，该探测频率的截止面即为磁岛的磁轴所在位置。在col(FP)中，FPO对应了一处极小值，此处相关系数接近于0，而在FPO两侧存在两个峰值，该两个峰值所对应的探测频率记录为FP_IN和FP_OUT，其中FP_IN>FP_OUT。探测频率FP_IN的截止面即对应了磁岛内侧的分离面，而探测频率FP_OU的截止面即对应了磁岛外侧的分离面，二者之间即为磁岛的范围，其对应截止面的距离即为磁岛的宽度。
(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：在新经典撕裂模出现时刻附近抽取一定数量扫频周期对应的传输延迟时间计信息，进行平均以后，用数值迭代的方法，根据等离子体中电磁波传输公式计算等离子体密度分布，从而获得微波频率与反射截面位置之间的对应关系R(FP)。
(8)计算确定新经典撕裂模位置：根据新经典撕裂模磁轴和内外分离面之处截止层对应探测频率FPO、FP_IN和FP_OUT，和微波频率与反射截面位置对应关系R(FP)，即可计算得到新经典撕裂模在聚变装置内的径向位置RNTM＝R(Fo)和磁岛宽度WNTM＝R(FP_OUT)-R(FP_IN)。
本发明还提出一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的装置，该装置应用上述方法对新经典撕裂模位置进行测量。该装置由微波诊断***，磁诊断***，数据采集***和实时计算***四部分组成。微波诊断***和磁诊断***产生的信号通过同轴电缆传输至数据采集***。数据采集***与实时计算***则通过高速数字通信总线相连。
微波诊断***用于发射和接收探测新经典撕裂模的扫频微波信号。其由扫频微波源，本振源，单边带调制器，定向耦合器，倍频器1-3，发射天线，接收天线，混频器，同相正交解调器组成。微波诊断***各模块由同轴电缆或波导相互连接。扫频微波源核心部件为压控振荡器，在输入电压控制下产生一个频率随电压变化的微波信号，其发射频率为FP(t)。本振源产生一个固定频率的基带信号，其频率为FL。定向耦合器用于扫频微波源产生的微波信号分为两部分，大部分功率称为探测信号，用于发射至等离子，小部分功率称为参考信号，用于与回波信号进行混频，实现外差测量。单边带调制器用于将频率为FL的基带信号合成至扫频微波信号，产生频率为FP(t)+FL的上边带信号。倍频器用于将微波信号频率按照一定系数M倍增，倍频器1用于将上边带信号频率FP(t)+FL倍频至频率M*FP(t)+M*FL，倍频器2用于将参考信号频率FP(t)倍增至M*FP(t)，倍频器3用于将本振信号频率FL倍频至M*FL。功率放大器用于将微波信号功率放大，以便于用于发射。发射天线用于将探测信号发射至等离子体。探测信号传输至等离子体截止层时，产生反射。接收天线用于接收从等离子体截止层反射回的反射信号。混频器用于将参考信号与反射信号进行混频，由于经过了传输，反射信号的频率变为M*FP(t+Δt)+M*FL，而参考信号的频率为M*FP(t)，则经过混频可以获得频率为M*FP(t+Δt)+M*FL-M*FP(t)的中频信号。同相正交解调器用于将中频信号进行进一步地复混频，由基带信号与中信信号进行混频，获得频率为FB＝M*FP(t+Δt)-M*FP(t)的拍频信号。经过复混频后，输出的拍频信号具有同相分量和正交分量，便于进一步进行时频分析，减少信号混叠带来的噪声。
磁诊断***由磁探针和低噪声放大器组成。磁探针核心部件是按照一定面积和一定匝数绕制的线圈，其可以感应指定频率范围内的电磁场。当新经典撕裂模存在时，其旋转形成的电磁场周期性变化可以在线圈上感应出电流信号。低噪声放大器用于将磁探针产生的微弱信号进行放大。
数据采集***用于将诊断***的输出信号进行数字化，由数据采集模块1和数据采集模块2组成。其中，数据采集模块1负责将微波诊断***的信号进行数字化，分别涉及任意波形发生器产生的控制信号，同相正交解调器输出的拍频信号的同相分量和正交分量；数据采集模块2负责将磁诊断***的输出信号进行数字化。
实时计算***是本专利所提出装置的核心部分，其用于对诊断***的信号进行处理，并提取信号特征，识别判断新经典撕裂模，并计算其所在位置。实时计算***可以使用软件算法实现并部署在通用的中央处理器上，也可以利用硬件算法实现部署在可编程逻辑阵列或专用芯片上。
实时计算***由时频分析模块1-3，延迟时间和幅度提取模块，新经典撕裂模识别模块1-2，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，新经典撕裂模位置计算模块，通讯接口等模块组成。
时频分析模块1主要功能是将微波诊断信号进行快速傅里叶变换，假设微波诊断信号同相分量为SI(t)，正交分量为SQ(t)，则在运算中对复信号SI(t)+i*SQ(t)进行快速傅里叶变换，可以得到一小段时间窗口内的频谱FS(f,a)，其中f为频谱中的频率刻度，a为频谱中幅度的刻度。若将时间窗口在扫频周期内，从扫频起始时刻开始平移，每段时间窗口进行一次快速傅里叶变换，则得到在一个扫频周期内随时间变化的频谱FS(t,f,a)，其中t为距离扫频起始时刻的时间长度，由于扫频速度一定，则t对应了微波信号在该时刻的频率FP，因此上述频谱也可以写作FS(FP,f,a)，进一步的，如将多个扫频周期的频谱按照扫频起始时刻排序，则可以得到FS(FP,t,f,a)。
延迟时间和幅度提取模块主要功能是将从时频分析模块1得到的频谱FS(FP,t,f,a)，提取出延迟时间和幅度信息。从特定时间t和特定扫频频率FP对应的频谱FS(f,a)中，寻找峰值对应的频率刻度，将其记为FB(FP,t)，同时，寻找峰值对应的幅度刻度，将其记为AB(FP,t)。由于扫频速度一定，拍频频率对应了信号从发射到返回的传输延迟时间，计算方式为：TOF＝FB/(dF/dt)，其中TOF为传输延迟时间，dF/dt为扫频速度。因此，FB(FP,t)可以换算为TOF(FP,t)。
时频分析模块2主要功能是对从延迟时间和幅度提取模块中获得的传输延迟时间信号TOF(FP,t)和幅度信号AB(FP,t)进行快速傅里叶变换，获得传输延迟时间信号的时间频率谱FSTOF(FP,T,f,tof)和时间相位谱PSTOF(FP,T,f,phase)，以及幅度信号的时间频率谱FSA(FP,T,f,a)。
新经典撕裂模识别模块1主要负责对大幅度的新经典撕裂模进行识别。将某时刻T1的一个扫频周期内的不同频率对应的传输延迟时间TOF(FP,T1)组成TOF(FP)，并对其求微分，获得dTOF(FP)/dFP。如在dTOF(FP)/d FP曲线上FP1位置出现相对高度大于设定阈值的峰值，且该情况持续出现在设定数量的扫频周期内，则判定大幅度的新经典撕裂模已出现，并发出识别信号。
新经典撕裂模识别模块2主要负责对小幅度的新经典撕裂模进行识别。对时频分析模块2输出的传输延迟时间信号的时间频率谱FSTOF(FP,T,f,tof)、时间相位谱PSTOF(FP,T,f,phase)、幅度信号的时间频率谱FSA(FP,T,f,a)进行特征识别。如果在某频率FP1，某时刻T1对应的FSTOF(FP1,T1,f,tof)上出现峰值，峰值相对高度大于设定阈值，并且峰值对应频率处于设定频率范围之内时，则判断其满足特征1.然后验证FP1对应PSTOF(FP1,T1,f,phase)与相邻探测频率FP2对应的PSTOF(FP2,T1,f,phase)上峰值对应位置是否出现反转现象，即相位相差在180度左右。若是，则判断其满足特征2。进一步地，对比FP1和FP2对应地拍频幅度的频率分布FSA(FP1,T1,f,a)和FSA(FP2,T1,f,a)，看是否其中一个分布出现峰值，而另外一个则比较平坦，如有此现象，比如在FSA(FP1,T1,f,a)出现峰值，而FSA(FP2,T1,f,a)未出现峰值，反之亦然。如满足次特征，则判断其满足特征3。当三个特征均满足时，发出识别信号。
数字滤波模块主要通过数字滤波器对磁探针信号进行低通滤波，滤除高频成分，经过滤波后的信号记为B(t)。
时频分析模块3主要负责对经滤波的磁探针B(t)进行时频分析，获得其时间频率谱FSB(T,f,b)和时间相位谱PSB(T,f,phase)。
新经典撕裂模确认模块主要通过磁探针信号进一步确认新经典撕裂模的存在。其具体做法是检测磁探针信号的时间频率谱FSB(T,f,b)，若其频谱上出现出现峰值，峰值相对高度大于设定阈值，并且峰值对应频率处于设定频率范围之内时，如同时获得了新经典撕裂模识别模块1或2的识别信号，则确认新经典撕裂模已出现，将峰值所处频率记为新经典撕裂模的特征频率fNTM，并发出确认信号。
新经典撕裂模模式计算模块主要计算新经典撕裂模的极向模数m和环向模数n。通过磁探针信号的时间相位谱PSB(T,f,phase)来求相邻两个磁探针的时间相位谱在T1时刻和频率fNTM处的相位角之差，其中极向ΔΦP＝PSB_MP_P1(T1,fNTM,phase)-PSB_MP_P2(T1,fNTM,phase)和环向ΔΦT＝PSB_MP_T1(T1,fNTM,phase)-PSB_MP_T2(T1,fNTM,phase),而极向和环向磁探针的位置夹角ΔΦPP和ΔΦPT由安装的物理位置决定，因此该新经典撕裂模的模式为极向模数m＝ΔΦP/ΔΦPP和环向模数n＝ΔΦT/ΔΦPT。
磁岛位置宽度计算模块主要将其中一道磁探针信号设定为参考道，并与各探测频率对应传输延迟时间信号进行相关计算，得到各探测频率对应的互相关谱COLB_TOF(FP,T,f,COL)和互相位谱CPB_TOF(FP,T,f,CP)。其中互相关谱通过将传输延迟时间信号TOF(FP,t)和磁探针信号B(t)输入相干函数公式来得到，互相位谱通过将传输延迟时间信号的时间相位谱PSB(T,f,phase)和磁探针信号的时间相位谱PSTOF(FP,T,f,phase)求差值来得到。将互相关谱和互相位谱中新经典撕裂模特征频率fNTM对应的值抽取出来，组成两个新的函数，相关系数col(FP)＝COLB_TOF(FP,T1,fNTM,COL)和互相位角cp(FP)＝CPB_TOF(FP,T1,fNTM,CP)。按照识别特征2，cp(FP)处会出现一个幅度为180度的跳变，该跳变处对应的探测频率记为FPO，该探测频率的截止面即为磁岛的磁轴所在位置。在col(FP)中，FPO对应了一处极小值，此处相关系数接近于0，而在FPO两侧存在两个峰值，该两个峰值所对应的探测频率记录为FP_IN和FP_OUT，其中FP_IN>FP_OUT。探测频率FP_IN的截止面即对应了磁岛内侧的分离面，而探测频率FP_OUT的截止面即对应了磁岛外侧的分离面，二者之间即为磁岛的范围，其对应截止面的距离即为磁岛的宽度。
等离子体密度分布反演模块利用数值迭代方式计算等离子体密度分布ne(R)，由此获得探测频率与径向位置之间的对应关系R(FP)。
新经典撕裂模位置计算模块将从磁岛宽度计算模块得到的新经典撕裂模磁轴和内外分离面之处截止层对应探测频率FPO、FP_IN和FP_OUT，代入探测频率与径向位置之间的对应关系R(FP)，即可计算得到新经典撕裂模在聚变装置内的径向位置RNTM＝R(Fo)和磁岛宽度WNTM＝R(FP_OUT)-R(FP_IN)。
通讯接口将计算获得的新经典撕裂模的磁岛位置RNTM、磁岛宽度WNTM，新经典撕裂模模式m/n和等离子体密度分布ne(R)通过通讯网络发送至等离子体控制***，由其控制等离子体电流驱动***对新经典撕裂模位置进行有针对性地发射，以抑制新经典撕裂模的进一步发展。
以下结合一个应用实例进一步说明本专利，该实例背景如下：在某托卡马克装置上，在一次长脉冲放电中，新经典撕裂模出现在时刻4.253秒，磁场强度为1.78T，等离子体电流为450KA。
下面按照本发明所提出方法对其新经典撕裂模位置进行测量：
步骤(1)：利用扫频范围为30-110GHz的微波对等离子体进行发射，扫频周期为0.8us，重复频率为1MHz。扫频范围分为三个波段同时扫描，分别为30-50GHz，50-70GHz和70-110GHz，对应的扫频速度分别为25GHz/us，25GHz/us和50GHz/us。回波信号与探测信号进行混频后可获得拍频信号，拍频信号频率范围为10MHz-500MHz。将拍频信号以1.6G采样率进行数字化，则每次扫频周期内，采样点数为1.6G*0.8us＝1280。随后以64个点为一个最小单位进行快速傅里叶变换，移动步长为32，对应的时间分辨为20ns，获得了时频谱FS(t,f,a)。由于扫频时刻t对应了探测频率FP，因此也可以记作FS(FP,f,a)。比如在70-110GHz，扫频时刻0.1uS对应了75GHz，对应的频率分辨为1GHz。对每一个探测频率对应的频谱FS(f,a)进行寻峰，可以获得峰值所处位置的频率和幅度，这里的频率即为拍频频率FB(FP)，幅度即为拍频幅度AB(FP)。由于拍频频率对应了发射信号与反射信号之间的传输延迟时间，因此通过拍频频率可以得到传输延迟时间TOF(FP)。
步骤(2)：将多个扫频周期内获得的传输延迟时间TOF(FP)和拍频幅度AB(FP)按照时间序列排列，则可以获得传输延迟时间信号TOF(FP,t)和拍频幅度信号AB(FP,t)。由于扫频重复周期为1MHz，因此这两个信号的等效采样率为1M，最高带宽为500kHz。对这两个信号进行时频分析，以256个点为一个最小单位进行快速傅里叶变换，移动步长为128，对应的时间分辨为128us，获得传输延迟时间信号的时频谱为FSTOF(FP,T,f,tof)和时间相位谱PSTOF(FP,T,f,phase)，以及拍频幅度信号的时频谱FSA(FP,T,f,a)。
步骤(3)：将单个扫频周期内的TOF(FP)求微分，获得dTOF(FP)/dFP。如在T＝4.253s时刻对应的dTOF(FP)/dFP曲线上出现相对高度大于20dB的峰值，且此情况持续超过20个扫频周期，则初步判断大幅度新经典撕裂模出现，并跳转至步骤(5)，若无以上情况，则继续执行步骤(4)，判断小幅度新经典撕裂模是否存在。
步骤(4)：监视各探测频率对应的FSTOF(FP,T,f,tof)，观察其是否出现峰值，如在某频率FP1和时刻T1＝4.253s时，FSTOF(FP1,T1,f,tof)出现峰值的相对高度大于20dB，且峰值所处频率Fpeak为0.5-20KHz，则满足特征1。进一步观察频率FP1的相位时间谱PSTOF(FP,T1,f,phase)与相邻位置的FP2相位时间谱PSTOF(FP2,T1,f,phase)，计算其峰值所处频率位置是否出现相位反转，即相邻频率相位差值为160-200度之间，若是，则满足特征2。最后观察FP1和FP2对应的拍频幅度信号的时频谱FSA(FP1,T1,f,a)和FSA(FP2,T1,f,a)，比如FSA(FP1,T1,f,a)出现与FSTOF(FP1,T1,f,tof)类似的峰值，即相对高度大于20dB，且峰值所处频率为0.5-20KHz，而FSA(FP2,T1,f,a)的峰值小于5dB，反之亦成立，比如FSA(FP2,T1,f,a)出现与FSTOF(FP2,T1,f,tof)类似的峰值，即相对高度大于20dB，且峰值所处频率为0.5-20KHz，而FSA(FP1,T1,f,a)的峰值小于5dB，以上情况满足特征3。若以上3个特征均满足，则初步判定新经典撕裂模出现。
步骤(5)：将两对磁探针分别按极向和环向对称位置布置，即每对磁探针的位置夹角为180度。对磁探针信号进行采集，采样率为1M，并对其进行低通数字滤波，滤波器带宽为50KHz，得到滤波后的磁探针信号B(t)。对B(t)进行时间频率分析，采用对传输延迟时间信号TOF(FP,T)进行时频分析时类似的参数：以256个点为一个最小单位进行快速傅里叶变换，移动步长为128，对应的时间分辨为128us，获得磁探针信号的时间频率谱FSB(T,f,B)和时间相位谱PSB(T,f,phase)。若T1＝4.253s时刻的FSB(T1,f,B)中出现相对高度大于20dB的峰值，且峰值所处频率为0.5-20KHz，同时符合步骤(3)或步骤(4)中所列特征，则确认新经典撕裂模应出现，特征频率为FSB(T,f,b)中峰值所在频率，记为fNTM。进一步地，计算相邻两个磁探针的时间相位谱在T1时刻和频率fNTM处的相位角之差为极向ΔΦP＝360度和环向ΔΦT＝180度,而极向和环向磁探针的位置夹角ΔΦPP和ΔΦPT均为180度，因此该新经典撕裂模的模式为极向模数m＝ΔΦP/ΔΦPP＝360/180＝2和环向模数n＝ΔΦT/ΔΦPT＝180/180＝1。
步骤(6)：将其中一道磁探针信号设定为参考道，利用其信号B(t)与传输延迟时间信号TOF(FP,t)进行相关分析，利用相干函数公式求解其互相关谱COLB_TOF(FP,T,f,COL)，其中快速傅里叶变化的参数为点数256，加窗，移动步长128。互相位谱CPB_TOF(FP,T,f,CP)则可以根据PSB(T,f,phase)与PSTOF(FP,T,f,phase)求差值来获得。将互相关谱和互相位谱中T1＝4.253s新经典撕裂模特征频率fNTM对应的值抽取出来，组成两个新的函数，即相关系数col(FP)＝COLB_TOF(FP,T1,fNTM,COL)和互相位角cp(FP)＝CPB_TOF(FP,T1,fNTM,CP)。cp(FP)会在FP1和FP2之间出现一个幅度为180度的跳变，该跳变处对应的探测频率记为FPO。在r(FP)中，FPO对应了一处极小值，此处相关系数接近于0，而在FPO两侧存在两个峰值，该两个峰值所对应的探测频率记录为FP_IN和FP_OUT。
步骤(7)：将128个扫频周期内不同时刻的传输延迟时间TOF(FP)进行累加平均，得到TOFAVG(FP)。利用数值迭代的方法，对TOFAVG(FP)进行反演计算，获得等离子体密度分布，同时可以获得托卡马克装置径向位置与探测频率的对应关系R(FP)。
步骤(8)：将FPO、FP_IN和FP_OUT分别代入R(FP)，得到新经典撕裂模磁岛磁轴所在位置RNTM＝R(FPO)和磁岛宽度WNTM＝r(FP_OUT)-r(FP_IN)。
进一步地，以前述条件为背景结合附图1所示，说明本发明提出的所述一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的装置。
该装置由微波诊断***，磁诊断***，数据采集***和实时计算***四部分组成。
微波诊断***分为三个子***，每个子***分别负责30-50GHz，50-70GHz，70-110GHz三个频段微波信号的产生，发射和接收，三个子***结构一致。下面以35-50GHz子***为例说明。任意波形发生器产生周期为0.8us，电压范围为0-20V的扫频控制信号，重复频率为1MHz。扫频控制信号通过同轴电缆输出给扫频微波源，控制其输出扫频微波信号，频率为7.5GHz至12.5GHz，输出功率为15dBm。定向耦合器耦合度为-10dB，插损为-0.7dB，输出探测信号的功率为14.3dBm，参考信号的功率为5dBm。本振源输出频率为150MHz。单边带调制器插损为10dB，接收扫频微波信号和本振信号，产生7.65-12.65GHz的上边带信号，输出功率为4.3dBm。倍频器1倍频系数为4，将上边带信号倍频至30.6-50.6GHz，输出功率为10dBm。功率放大器放大倍数为10dB，输出功率为20dBm。发射天线将频率30.6-50.6GHz，功率20dBm信号发射至等离子体。接收天线接收从等离子体反射回的微波信号。倍频器2倍频系数为4，将7.5-12.5GHz参考信号频率倍频至30-50GHz。参考信号与反射信号进行混频，产生了0.1GHz至1.1GHz的中频信号。倍频器3倍频系数为4，将本振信号频率150MHz倍频至600MHz。本振信号与中频信号在同相正交解调器进行复混频，产生了10-500MHz的拍频信号。至此，35-50GHz子***介绍完毕。50-70GHz子***与35-50GHz子***参数基本相同，除了扫描微波源输出的频率为12.5-17.5GHz。70-110GHz子***与35-50GHz子***的不同之处除了扫描微波源输出频率为11.5-18.5GHz之外，各倍频器的倍频系数为6。磁诊断***的核心部件磁探针的有效面积约为40-90平方厘米，响应频率为100KHz。在本实例中，在托卡马克装置的沿极向和环向方向对称位置各放置一个磁探针，一共为4个。低噪声放大器采用运算放大器为核心，设计带宽为150KHz，放大倍数为10倍。
数据采集***中，数据采集模块1提供6个采集通道，采样率1.6GSPS，垂直分辨率12bits，动态范围-1V至1V，分别对应微波诊断***三个子***的同相正交解调器的同相输出和正交输出，同时还提供3个采集通道，采样率50MSPS，垂直分辨率12bits，动态范围0至5V，分别对应三个任意波形发生器的信号输出。数据采集模块2提供4个通道，采样率1MSPS，垂直分辨率16bits，动态分为-1V至1V。
实时计算***中，时频分析模块1主要负责计算FS(FP,t,f,a)，具体做法是将数据采集模块1采集的同相信号和正交信号组成复信号进行快速傅里叶变换，加窗，窗口宽度为64，窗口移动步长为32，由此得到FS(t,f,a)。在根据数据采集模块1采集的任意波形发生器产生的扫频控制信号，得到扫频时刻t与探测频率FP之间的关系，由FS(t,f,a)得到FS(FP,f,a)。再经过多个扫频周期的计算，得到FS(FP,t,f,a)。
延迟时间和幅度提取模块主要从FS(FP,t,f,a)提取拍延迟时间TOF(FP,t)和幅度AB(FP,t)。具体做法是遍历时间T和扫频频率FP对应的频谱FS(f,a)，寻找频谱中峰值对应的频率刻度，将其提取为FB(FP,t)，同时，寻找峰值对应的幅度刻度，将其提取为AB(FP,t)。然后通过算式：TOF＝FB/(dF/dt)，将FB(FP,t)换算为TOF(FP,t)。
时频分析模块2通过对信号TOF(FP,t)和进行时频分析，获得其时间频率谱FSTOF(FP,T,f,tof)和时间相位谱PSTOF(FP,T,f,phase)。具体做法对TOF(FP,t)和AB(FP,t)进行快速傅里叶变换，加窗，窗口宽度为256，窗口移动步长为128，由此得到FSTOF(FP,T,f,tof)，PSTOF(FP,T,f,phase)和FSA(FP,T,f,a)。
新经典撕裂模识别模块1将同一扫频周期内不同频率对应的TOF(FP,t)组成一个新信号TOF(FP)，并对其求微分，得到dTOF(FP)/dFP。如果在T＝4.253s时刻对应的dTOF(FP)/dFP曲线上出现一个峰值，且该峰值相对高度大于20dB，其该情况持续出现超过20个扫频周期，则输出识别信号。
新经典撕裂模识别模块2主要对FSTOF(FP,T,f,tof)，PSTOF(FP,T,f,phase)和FSA(FP,T,f,a)进行特征判断。如果在某频率FP1，T1＝4.253s对应的FSTOF(FP1,T1,f,tof)上出现峰值，峰值相对高度大于20dB，并且峰值频率为0.5-20KHz，则判断满足特征1。然后验证FP1对应PSTOF(FP1,T1,f,phase)与相邻探测频率FP2对应的PSTOF(FP2,T1,f,phase)上峰值对应位置相位相差是否为160-200度。若是，则判断满足特征2。进一步地，对比FP1和FP2对应地拍频幅度的频率分布FSA(FP1,T1,f,a)和FSA(FP2,T1,f,a)，看是否其中一个分布出现峰值，峰值相对高度大于20dB，且峰值频率为0.5-20KHz，而另外一个则比较平坦，如有此现象，则判断满足特征3。比如在FSA(FP1,T1,f,a)出现峰值，而FSA(FP2,T1,f,a)未出现峰值，反之亦然，比如在FSA(FP2,T1,f,a)出现峰值，而FSA(FP1,T1,f,a)未出现峰值。满足以上三个特征，则输出识别信号。
数字滤波模块主要通过数字滤波器对磁探针信号设计进行低通滤波，滤除频率高于50KHz的成分，经过滤波后的信号记为B(t)。
时频分析模块3主要B(t)进行时频分析，获得其时间频率谱FSB(T,f,b)。具体做法对B(t)进行快速傅里叶变换，加窗，窗口宽度为256，窗口移动步长为128，由此得到FSB(T,f,b)。新经典撕裂模确认模块对FSB(T,f,b)进行监视，观察其频谱上是否出现相对高度大于20dB的峰值，且峰值频率为0.5-20KHz。如峰值出现，且收到了新经典撕裂模识别模块1/2的确认信号，则确认新经典撕裂模出现，发出确认信号。
新经典撕裂模模式计算模块计算相邻两个磁探针的时间相位谱在T1＝4.253s时刻和频率fNTM处的相位角之差：极向ΔΦP＝PSB_MP_P1(T1,fNTM,phase)-PSB_MP_P2(T1,fNTM,phase)＝360度和环向ΔΦT＝PSB_MP_T1(T1,fNTM,phase)-PSB_MP_T2(T1,fNTM,phase)＝180度。由于极向和环向两组磁探针均为对称放置，因此其位置夹角ΔΦPP和ΔΦPT均为180度，因此，新经典撕裂模的模式为极向模数m＝ΔΦP/ΔΦPP＝360/180＝2和n＝ΔΦT/ΔΦPT＝180/180＝1。
磁岛位置宽度计算模块计算磁探针信号与传输延迟时间信号的互相关谱COLB_TOF(FP,T,f,COL)和互相位谱CPB_TOF(FP,T,f,CP)。并将互相关谱和互相位谱中新经典撕裂模特征频率fNTM对应的值抽取出来，组成两个新的函数，相关系数col(FP)＝COLB_TOF(FP,T1,fNTM,COL)和互相位角cp(FP)＝CPB_TOF(FP,T1,fNTM,CP)。cp(FP)处会出现一个幅度为180度的跳变，该跳变处对应的探测频率记为FPO。在col(FP)中，FPO对应了一处极小值，此处相关系数接近于0，而在FPO两侧存在两个峰值，该两个峰值所对应的探测频率记录为FP_IN和FP_OUT，其中FP_IN>FP_OUT。
等离子体密度分布反演模块主要计算等离子体密度分布，并由此获得探测频率与径向位置之间的对应关系R(FP)。具体做法是将128个扫频周期内不同时刻的传输延迟时间TOF(FP)进行累加平均，得到TOFAVG(FP)。利用数值迭代的方法，对TOFAVG(FP)进行反演计算，获得等离子体密度分布，同时可以获得托卡马克装置径向位置与探测频率的对应关系R(FP)新经典撕裂模位置计算模块将FPO、FP_IN和FP_OUT代入R(FP)，得到新经典撕裂模在聚变装置内的径向位置RNTM＝R(Fo)和磁岛宽度WNTM＝R(FP_OUT)-R(FP_IN)。
通讯接口利用基于光纤通信的万兆网络，将计算获得的磁岛位置RNTM、磁岛宽度WNTM，新经典撕裂模模式m/n和等离子体密度分布ne(R)发送至等离子体控制***，由其控制等离子体电流驱动***对新经典撕裂模位置进行有针对性地发射，以抑制新经典撕裂模的进一步发展。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (6)
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fpeak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fpeak。
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fNTM，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***，磁诊断***，数据采集***和实时计算***，其特征在于：微波诊断***和磁诊断***产生的信号通过同轴电缆传输至数据采集***，数据采集***与实时计算***相连，其中，微波诊断***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***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***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***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。
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