CN113015308B - 一种等离子体电流计算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体电流计算方法及装置，可以获得等离子体电流的外部诊断数据，将外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，获得目标电流计算模型输出的目标电流值，其中，目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，目标先验概率模型为根据参考炮电流构建，将目标电流值确定为等离子体电流。本发明引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构，可以优化后验概率模型的模型结构，提高后验概率模型对等离子体电流的计算精度，降低利用外部诊断数据进行等离子体电流反演的误差，提高反演精度。

Description

一种等离子体电流计算方法及装置
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种等离子体电流计算方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展，受控核聚变技术不断提高。
托克马克装置是一种环形容器，可以通过磁约束和真空绝热来实现受控核聚变。在托克马克装置的放电实验过程中，可以通过获得其放电参数来对放电过程进行研究，对放电过程进行优化。
其中，等离子体电流是重要的放电参数。等离子体位于托克马克装置的内真空室中，一般情况下无法通过直接测量获得等离子体电流，而可以通过在内真空室外部部署的测量仪器所测量出的数据对等离子体电流进行反演，来确定等离子体电流。
当前，现有技术可以将内真空室划分为多个环向矩形束网格，假定同一束网格内的等离子体电流都是相同的，并可以在该种假定的情况下，根据贝叶斯定理和高斯分布建立似然概率模型和先验概率模型，根据似然概率模型和先验概率模型获得后验概率模型，将后验概率模型中的均值确定为等离子体电流。
但是，现有技术对于等离子体电流的计算准确率可能较低。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的等离子体电流计算方法及装置，技术方案如下：
一种等离子体电流计算方法，包括：
获得等离子体电流的外部诊断数据，所述等离子体电流存在于所述内真空室中的当前等离子体电流区域内；
将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，获得所述目标电流计算模型输出的目标电流值，其中，所述目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，所述目标先验概率模型为根据参考炮电流构建；
将所述目标电流值确定为所述等离子体电流。
可选的，所述目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据所述参考炮电流构建。
可选的，所述协方差矩阵为：
Figure BDA0002980734880000021
其中，
Figure BDA0002980734880000022
为协方差矩阵，
Figure BDA0002980734880000023
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure BDA0002980734880000024
为当前网格点的位置，
Figure BDA0002980734880000025
为其它网格点的位置；其中：
Figure BDA0002980734880000026
其中，δ为根据所述参考炮电流处理后的标准差，l为特征长度。
可选的，所述δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure BDA0002980734880000027
中，
Figure BDA0002980734880000028
和
Figure BDA0002980734880000029
的位置相同，则
Figure BDA00029807348800000210
其中，
Figure BDA00029807348800000211
为位置为
Figure BDA00029807348800000212
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure BDA00029807348800000213
中，
Figure BDA00029807348800000214
和
Figure BDA00029807348800000215
的位置不相同，则
Figure BDA00029807348800000216
其中，
Figure BDA00029807348800000217
为位置为
Figure BDA00029807348800000218
的网格点处的参考炮电流，
Figure BDA00029807348800000219
为位置为
Figure BDA00029807348800000220
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
可选的，所述方法还包括：
基于所述等离子体电流计算磁通分布，以在所述内真空室中确定新的等离子体电流边界；
在所述内真空室中，根据所述新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域，返回执行将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中的步骤，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
一种等离子体电流计算装置，包括：第一获得单元、数据输入单元、第二获得单元和电流确定单元，其中：
所述第一获得单元，被配置为执行：获得等离子体电流的外部诊断数据，所述等离子体电流存在于所述内真空室中的当前等离子体电流区域内；
所述数据输入单元，被配置为执行：将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，其中，所述目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，所述目标先验概率模型为根据参考炮电流构建；
所述第二获得单元，被配置为执行：获得所述目标电流计算模型输出的目标电流值；
所述电流确定单元，被配置为执行：将所述目标电流值确定为所述等离子体电流。
可选的，所述目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据所述参考炮电流构建。
可选的，所述协方差矩阵为：
Figure BDA0002980734880000031
其中，
Figure BDA0002980734880000032
为协方差矩阵，
Figure BDA0002980734880000033
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure BDA0002980734880000034
为当前网格点的位置，
Figure BDA0002980734880000035
为其它网格点的位置；其中：
Figure BDA0002980734880000036
其中，δ为根据所述参考炮电流处理后的标准差，l为特征长度。
可选的，所述δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure BDA0002980734880000037
中，
Figure BDA0002980734880000038
和
Figure BDA0002980734880000039
的位置相同，则
Figure BDA00029807348800000310
其中，
Figure BDA00029807348800000311
为位置为
Figure BDA00029807348800000312
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure BDA0002980734880000041
中，
Figure BDA0002980734880000042
和
Figure BDA0002980734880000043
的位置不相同，则
Figure BDA0002980734880000044
其中，
Figure BDA0002980734880000045
为位置为
Figure BDA0002980734880000046
的网格点处的参考炮电流，
Figure BDA0002980734880000047
为位置为
Figure BDA0002980734880000048
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
可选的，所述装置还包括：边界确定单元、区域确定单元、第一确定单元和执行单元，其中：
所述边界确定单元，被配置为执行：基于所述等离子体电流计算磁通分布，以在所述内真空室中确定新的等离子体电流边界；
所述区域确定单元，被配置为执行：在所述内真空室中，根据所述新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
所述第一确定单元，被配置为执行：将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域；
所述执行单元，被配置为执行：触发所述数据输入单元，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
本实施例提出的等离子体电流计算方法及装置，可以获得等离子体电流的外部诊断数据，将外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，获得目标电流计算模型输出的目标电流值，其中，目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，目标先验概率模型为根据参考炮电流构建，将目标电流值确定为等离子体电流。本发明引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构，可以优化后验概率模型的模型结构，提高后验概率模型对等离子体电流的计算精度，降低利用外部诊断数据进行等离子体电流反演的误差，提高反演精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提出的一种等离子体电流计算方法的流程图；
图2示出了本发明实施例提出的一种托克马克装置剖面的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提出的一种托克马克装置的整体结构示意图；
图4示出了本发明实施例提出的一种内真空室中网格处电流与周围网格电流的关系示意图；
图5示出了本发明实施例提出的一种采用目标电流计算模型所反演的等离子体电流与真实等离子体电流的关系示意图；
图6示出了本发明实施例提出的一种根据条件自回归的先验概率模型构建的后验概率模型所反演的等离子体电流与真实等离子体电流的关系示意图；
图7示出了本发明实施例提出的一种等离子体电流计算装置。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本实施例提出了一种等离子体电流计算方法，该方法可以包括以下步骤：
S101、获得等离子体电流的外部诊断数据，等离子体电流存在于内真空室中的当前等离子体电流区域；
其中，等离子体电流区域可以为内真空中含有等离子体电流的区域。需要说明的是，内真空室中的非等离子体电流区域可以未存在有等离子体电流。
具体的，本发明可以在内真空室中确定出等离子体电流边界，之后根据等离子体电流边界在内真空室中确定等离子体电流区域，
其中，等离子体电流边界可以由技术人员根据实际情况进行制定，本发明对此不做限定。比如，可以将等离子体电流边界确定为内真空室中的内表面，此时可以认为等离子体电流边界即内真空室内表面上的等离子体电流为零。
还需要说明的是，本发明可以在完成一次对等离子体电流的反演后，根据反演获得的等离子体电流进行相关计算，根据计算结果确定出新的等离子体电流边界，再根据新的等离子体电流边界进行对等离子体电流的反演即进行迭代反演，直至满足迭代条件，以提高反演准确率。
其中，外部诊断数据可以为在内真空室外部部署的测量仪器所测量获得的数据。
其中，测量仪器可以包括磁探针、磁通环和罗克线圈。其中，磁探针可以用于测量局部磁场，磁通环可以用于测量磁通，罗克线圈可以用于测量等离子体总电流。
需要说明的是，本发明待反演获得的等离子体电流非上述等离子体总电流，而是当前等离子体电流区域中各网格处的等离子体电流。
其中，本发明对于测量仪器的部署数量和部署位置不做具体限定。比如，磁探针的数量可以为38个，磁通环的数量可以为35个，罗克线圈的数量可以为1个。
为更好的介绍测量仪器的部署位置，本发明提出并结合图2所示的托克马克装置剖面结构示意图和图3所示的托克马克装置整体结构示意图对其进行说明。
如图2所示，托克马克装置可以为双层真空室结构，整体上可以包括内真空室200、外真空室100和中间区域300，中间区域300即为内真空室与真空室中间部分的区域。如图3所示，托克马克装置在整体上可以为环形结构，其中，内真空室的内部可以划分为多个环向矩形束网格，同一环向矩形束网格中的等离子体电流可以是相同的。需要说明的是，本发明可以对内真空室中的整体内部区域进行网格划分，也可以仅针对内真空室中的等离子体电流区域进行网格划分。
其中，当仅针对等离子体电流区域进行网格划分时，可以减小网格整体区域，保留空间分辨率，可以减少网格划分需消耗的计算资源，也可以有效降低本发明电流计算模型中自由参数的数量，提高电流计算准确率和反演精度。
在图2中，Z轴和R轴分别为一个坐标轴，坐标单位为长度m即米，PF1至PF14即为极向场线圈，可以用于产生、加热和拉升等离子体；IC1和IC2即为快速控制线圈，可以用于控制垂直位移；其中，上述极向场线圈、快速控制线圈和测量仪器均可以部署在中间区域300中，中间区域300中的各小点可以分别为一个磁探针，各星号标识可以分别为一个磁通环。
具体的，本发明在托克马克装置进行放电实验时，可以通过部署在中间区域中的测量仪器，获得对等离子体电流的外部诊断数据。
S102、将外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，其中，目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，目标先验概率模型为根据参考炮电流构建；
其中，目标电流计算模型可以为本发明根据目标先验概率模型构建出的模型，而目标先验概率模型可以为本发明根据参考炮电流构建出的模型。
其中，目标电流计算模型和目标先验概率模型均可以为高斯分布函数。目标电流计算模型可以由目标先验概率模型和现有技术中的似然概率模型相乘获得。
其中，参考炮电流可以为托克马克装置在历史放电实验中反演获得的等离子体电流。比如，参考炮电流可以为托克马克装置在最近一次进行的放电实验中反演获得的等离子体电流。
需要说明的是，现有技术在建立似然概率模型时，认为外部诊断数据和等离子体电流之间存在着线性关系，可以建立正向模型：
Figure BDA0002980734880000071
其中，
Figure BDA0002980734880000072
为外部诊断数据；
Figure BDA0002980734880000073
为格林函数，可以表示等离子体电流和外部诊断之间的关系；
Figure BDA0002980734880000074
为等离子体电流；
Figure BDA0002980734880000075
可以为PF线圈对于外部诊断数据的贡献。具体的，在托克马克装置中，PF线圈的电流也会在测量仪器上产生测量信号，因此可以使用
Figure BDA0002980734880000081
来表示PF线圈的电流对于外部诊断数据的贡献。
需要说明的是，正向模型忽略了托克马克装置感应出的电流所造成的影响。由于测量仪器运行状态不同等因素，因此测量仪器在测量过程中难以完全避免误差，可以根据公式(1)和误差建立：
Figure BDA0002980734880000082
其中，
Figure BDA0002980734880000083
为误差。
根据中心极限定理，测量误差可以是按照高斯分布函数分布的，因此基于公式(2)可以得到公式(3)：
Figure BDA0002980734880000084
其中，
Figure BDA0002980734880000085
为外部诊断数据的协方差矩阵，由各测量仪器测量获得的外部诊断数据构成。具体的，外部诊断数据中的各个诊断数据均为独立测量仪器测量获得，因此各个诊断数据之间是相互独立的，协方差矩阵即为一个对角矩阵。
需要说明的是，高斯分布函数可以由均值和协方差描述其形式。
其中，上述公式(3)即为现有技术根据贝叶斯定理和高斯分布所建立的似然概率模型。
其中，现有技术在建立先验概率模型时，由于在稳态情况下相邻网格的电流分布较为平滑，因此可以假定任一网格的电流大小可以等于周围网格的电流的平均值，如图4及下述公式(4)所示。
其中，当先验概率模型中协方差矩阵的维度较低时，可以由人工手动构建协方差矩阵，但是，内真空室内部进行网格划分后会存在维度较高的协方差矩阵(如7000维)，为此现有技术引入并构建条件自回归的先验概率模型，通过协方差矩阵来体现网格的位置关系。
具体的，假定任一网格的电流大小可以等于周围网格的电流的平均值时，可以获得：
Ii,j＝1/4(Ii-1,j+Ii,j-1+Ii,j+1+Ii+1,j)------公式(4)；
Figure BDA0002980734880000086
其中，Ii,j为网格处的等离子体电流，i和j均为网格位置的序号；
Figure BDA0002980734880000091
为先验概率模型中的协方差矩阵，τ为方差，可以假定各网格中电流的方差都是相同的；
Figure BDA0002980734880000092
为相邻矩阵，如果两个网格的位置为相邻，即等离子体电流束的位置为相邻时，则
Figure BDA0002980734880000093
其中，k和q为相邻网格的位置序号。
具体的，可以将先验概率模型中的均值设置为0，则可以根据公式(4)、(5)和(6)构建出先验概率模型：
Figure BDA0002980734880000094
可以理解的是，如果将先验概率模型中的均值设置为
Figure BDA0002980734880000095
则先验概率模型可以为：
Figure BDA0002980734880000096
具体的，根据贝叶斯定理，后验概率为似然概率与先验概率的乘积，因此，可以根据公式(3)所示的似然概率模型和公式(8)所示的先验概率模型，获得后验概率模型：
Figure BDA0002980734880000097
其中，
Figure BDA0002980734880000098
其中，当后验概率模型取得最优值时，后验概率模型中的均值即为等离子体电流
Figure BDA0002980734880000099
即：
Figure BDA00029807348800000910
其中，
Figure BDA00029807348800000911
可以包括内真空室中不同位置的网格处的等离子体电流。
需要说明的是，现有技术所构建的先验概率模型，即公式(8)，是假定某个网格处的等离子体电流等于其周围网格的等离子体电流的均值，在该种假定下，反演获得的内真空室中整体网格的等离子体电流分布会比较平滑，边界位置网格的等离子体电流可以通过外部诊断数据进行调整，而内部没有诊断数据，导致整体网格的中心位置和边界位置处的等离子体电流的变化不能很大，使得在整体网格中心位置网格的等离子体电流较大的情况下，反演获得的等离子体电流可能与真实等离子体电流相差较大，即反演误差可能较大，反演结果准确率可能较低。
其中，本发明可以基于参考炮电流来构建目标先验概率模型，即可以根据托克马克装置的历史放电运行信息改进先验概率模型，优化先验概率模型的模型结构，从而可以优化后验概率模型的模型结构，降低反演误差，提高反演精度。
具体的，本发明可以对托克马克装置的历史放电运行实验的实验数据进行保存，在当前待进行放电运行实验时，可以根据本次放电运行实验所设计的放电目标数据，包括等离子体总电流的期望值和放电位形估算数据等，从历史放电运行实验的实验数据中查找出相近数据，将相近数据对应的放电运行实验确定为目标历史放电运行实验，将在目标历史放电运行实验中反演得到的等离子体电流确定为参考炮电流。
具体的，本发明可以在基于参考炮电流构建出目标先验概率模型后，可以根据目标先验概率模型和似然概率模型获得相应的目标后验概率模型，即目标电流计算模型。
具体的，本发明在构建出目标电流计算模型后，将外部诊断数据输入至目标电流计算模型中进行等离子体电流的反演。
S103、获得目标电流计算模型输出的目标电流值；
具体的，本发明可以在将外部诊断数据输入至目标电流计算模型中后，获得目标电流计算模型输出的目标电流值。
S104、将目标电流值确定为等离子体电流。
其中，目标电流值即可以为反演获得的等离子体电流。
可以理解的是，本发明引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构。
本实施例提出的等离子体电流计算方法，可以获得等离子体电流的外部诊断数据，将外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，获得目标电流计算模型输出的目标电流值，其中，目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，目标先验概率模型为根据参考炮电流构建，将目标电流值确定为等离子体电流。本发明引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构，可以优化后验概率模型的模型结构，提高后验概率模型对等离子体电流的计算精度，降低利用外部诊断数据进行等离子体电流反演的误差，提高反演精度。
基于图1所示步骤，本发明实施例提出另一种等离子体电流计算方法。在该方法中，目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据参考炮电流构建。
可选的，目标先验概率模型中的协方差矩阵可以为：
Figure BDA0002980734880000111
其中，
Figure BDA0002980734880000112
为协方差矩阵，
Figure BDA0002980734880000113
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure BDA0002980734880000114
为当前网格点的位置，
Figure BDA0002980734880000115
为其它网格点的位置；其中：
Figure BDA0002980734880000116
其中，δ为根据参考炮电流处理后的标准差；l为特征长度，可以用于确定与当前网格的关系较为紧密的周围网格。具体的，本发明可以将与当前网格的位置距离小于特征长度l的网格，确定为与当前网格的关系较为紧密的网格。
其中，δ和l为超参数，本发明可以根据奥卡姆剃刀原理来确定和调整δ和l的值。当然，δ和l也可以由技术人员根据实际情况进行设置及调整。
具体的，本发明在目标先验概率模型的协方差矩阵中引入超参数δ和l，可以根据该两个超参数对模型结构进行调节，提高对模型结构的调节能力，提高对模型结构的优化自由度，提高根据放电运行实验设计的放电目标数据对模型结构进行调节的能力，使得模型可以更适用于放电运行实验，从而提高模型对等离子体电流的反演精度。
可选的，δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure BDA0002980734880000121
中，
Figure BDA0002980734880000122
和
Figure BDA0002980734880000123
的位置相同，则
Figure BDA0002980734880000124
其中，
Figure BDA0002980734880000125
为位置为
Figure BDA0002980734880000126
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure BDA0002980734880000127
中，
Figure BDA0002980734880000128
和
Figure BDA0002980734880000129
的位置不相同，则
Figure BDA00029807348800001210
其中，
Figure BDA00029807348800001211
为位置为
Figure BDA00029807348800001212
的网格点处的参考炮电流，
Figure BDA00029807348800001213
为位置为
Figure BDA00029807348800001214
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
可以理解的是，本发明可以通过调整σ来调整δ。具体的，本发明可以根据奥卡姆剃刀原理来确定和调整σ，进而对δ进行调整。
具体的，在公式(10)所示的
Figure BDA00029807348800001215
中，如果
Figure BDA00029807348800001216
和
Figure BDA00029807348800001217
的位置相同，则可以将
Figure BDA00029807348800001218
位置处的网格点的参考炮电流，乘以σ所获得的乘积确定为该
Figure BDA00029807348800001219
中的δ(可见上述公式(11))；如果
Figure BDA00029807348800001220
和
Figure BDA00029807348800001221
的位置不相同，则可以将
Figure BDA00029807348800001222
位置和
Figure BDA00029807348800001223
位置处的网格点的参考炮电流的乘积的平方根，乘以σ所获得的乘积确定为该
Figure BDA00029807348800001224
中的δ。
可以理解的是，在每个
Figure BDA00029807348800001225
中，σ的值均是相同的，而δ可以是不相同的，因此公式(10)中所示的各
Figure BDA00029807348800001226
可以是不相同的。
具体的，本发明可以在构建出公式(10)所示的协方差矩阵后，根据构建出的协方差矩阵来确定目标先验概率模型，之后根据目标先验概率模型构建相应的目标电流计算模型即后验概率模型，使用目标电流计算模型来反演获得等离子体电流。
需要说明的是，本发明基于参考炮电流构建出的目标电流计算模型，可以结合经验数据来进行对等离子体电流的反演，在反演时对等离子体电流的变化范围进行较为准确的限制，避免等离子体电流的变化范围出现较大的误差。
为更直观的体现本发明技术方案反演等离子体电流所实现的对反演精度的提高，本发明提出并结合图5和图6进行说明。
在图5中，实线为本发明技术方案的发明人在放电运行实验中，使用目标电流计算模型反演所计算出的等离子体电流的分布曲线(即图5中所示贝叶斯Bayes标识的分布曲线)，曲线为真实等离子体电流的分布曲线(即图5中所示真实True标识的分布曲线)，灰色的变化表示高斯分布函数中的σ、2σ和3σ。
在图6中，实线为使用根据条件自回归的先验概率模型构建出的后验概率模型反演所计算出的等离子体电流的分布曲线(即图6中所示贝叶斯Bayes标识的分布曲线)，曲线为真实等离子体电流的分布曲线(即图6中所示真实True标识的分布曲线)，灰色的变化表示高斯分布函数中的σ、2σ和3σ。其中，图6中的j为等离子体电流，MA/m2为等离子体电流的密度单位，即兆安培每平方米。
可以理解的是，图5所示的反演所计算出的等离子体电流与真实等离子体电流的分布曲线的吻合程度，相较于图6所示的反演所计算出的等离子体电流与真实等离子体电流的分布曲线的吻合程度高；图5所示的反演所计算出的等离子体电流与真实等离子体电流的误差，相较于图6所示的反演所计算出的等离子体电流与真实等离子体电流的误差小。
本实施例提出的等离子体电流计算方法，采用基于参考炮电流构建出的目标电流计算模型，可以结合经验数据来进行对等离子体电流的反演，在反演时对等离子体电流的变化范围进行较为准确的限制，避免等离子体电流的变化范围出现较大的误差。
基于上述根据参考炮电流构建协方差矩阵的技术方案，本实施例提出另一种等离子体电流计算方法，该方法还可以包括以下步骤：
S105、基于等离子体电流计算磁通分布，以在内真空室中确定新的等离子体电流边界；
需要说明的是，本发明可以在反演获得等离子体电流后，基于反演获得的等离子体电流再次进行对等离子体电流的反演，并循环进行反演直至满足相应条件。
具体的，本发明可以基于反演获得的等离子体电流计算磁通分布，获得内真空室中最外层的闭合磁面坐标，即新的等离子体电流边界。之后，本发明可以将新的等离子体电流边界确定为当前的等离子体电流边界，之后再根据当前的等离子体电流边界确定新的等离子体电流边界。
S106、在内真空室中，根据新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
具体的，本发明可以在内真空室中，剔除新的等离子体电流边界以外的区域，重新确定出新的等离子体电流区域，基于新的等离子体电流区域再进行对等离子体电流的反演。
S107、将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域，返回执行步骤S102，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
需要说明的是，当等离子体电流区域发生变化后，等离子体电流区域中的网格数量和网格位置可以随之发生变化。此时，目标电流计算模型本身虽然未发生变化，但是目标电流计算模型在计算过程中的数据发生变化，如网格数量和网格位置，因此当等离子体电流区域发生变化后，再次进行反演所获得的等离子体电流将随之发生变化。
其中，在确定出的新的等离子体电流区域后，本发明可以无需再进行网格的划分，可以保留当前网格的划分数量和确定的位置序号，但进行等离子体电流的反演时，仅利用新的等离子体电流区域内的网格进行反演；当然，本发明也可以针对新的等离子体电流区域重新进行网格的划分和网格位置的确定，利用新划分后的网格进行等离子体电流的反演。
可以理解的是，新的等离子体电流区域相较于旧的等离子体电流区域，可以更为准确的覆盖等离子体电流的分布区域，因此可以反演获得更为准确的等离子体电流，进一步提高反演精度。
其中，网格磁通满足收敛条件的具体形式可以表现为：
Figure BDA0002980734880000141
其中，ψm和ψ(m+1)可以分别为前后两次迭代的网格磁通分布；||max可以为前后两次迭代网格磁通分布相对误差的最大值；ε可以为预设收敛阈值，可以由技术人员根据实际情况进行设置，如设置为10-5，本发明对此不做限定。
本实施例提出的等离子体电流计算方法，可以根据反演获得的等离子体电流再次进行反演，进一步提高反演精度。
与图1所示方法相对应，如图7所示，本实施例提出一种等离子体电流计算装置，该装置可以包括：第一获得单元101、数据输入单元102、第二获得单元103和电流确定单元104，其中：
第一获得单元101，被配置为执行：获得等离子体电流的外部诊断数据，等离子体电流存在于内真空室中的当前等离子体电流区域内；
其中，等离子体电流区域可以为内真空中含有等离子体电流的区域。需要说明的是，内真空室中的非等离子体电流区域可以未存在有等离子体电流。
具体的，本发明可以在内真空室中确定出等离子体电流边界，之后根据等离子体电流边界在内真空室中确定等离子体电流区域，
其中，等离子体电流边界可以由技术人员根据实际情况进行制定，本发明对此不做限定。比如，可以将等离子体电流边界确定为内真空室中的内表面，此时可以认为等离子体电流边界即内真空室内表面上的等离子体电流为零。
还需要说明的是，本发明可以在完成一次对等离子体电流的反演后，根据反演获得的等离子体电流进行相关计算，根据计算结果确定出新的等离子体电流边界，再根据新的等离子体电流边界进行对等离子体电流的反演即进行迭代反演，直至满足迭代条件，以提高反演准确率。
其中，外部诊断数据可以为在内真空室外部部署的测量仪器所测量获得的数据。
其中，测量仪器可以包括磁探针、磁通环和罗克线圈。其中，磁探针可以用于测量局部磁场，磁通环可以用于测量磁通，罗克线圈可以用于测量等离子体总电流。
需要说明的是，本发明待反演获得的等离子体电流非上述等离子体总电流，而是当前等离子体电流区域中各网格处的等离子体电流。
其中，本发明对于测量仪器的部署数量和部署位置不做具体限定。比如，磁探针的数量可以为38个，磁通环的数量可以为35个，罗克线圈的数量可以为1个。
需要说明的是，本发明可以对内真空室中的整体内部区域进行网格划分，也可以仅针对内真空室中的等离子体电流区域进行网格划分。
其中，当仅针对等离子体电流区域进行网格划分时，可以减小网格整体区域，保留空间分辨率，可以减少网格划分需消耗的计算资源，也可以有效降低本发明电流计算模型中自由参数的数量，提高电流计算准确率和反演精度。
具体的，本发明在托克马克装置进行放电实验时，可以通过部署在中间区域中的测量仪器，获得对等离子体电流的外部诊断数据。
数据输入单元102，被配置为执行：将外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，其中，目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，目标先验概率模型为根据参考炮电流构建；
其中，目标电流计算模型可以为本发明根据目标先验概率模型构建出的模型，而目标先验概率模型可以为本发明根据参考炮电流构建出的模型。
其中，目标电流计算模型和目标先验概率模型均可以为高斯分布函数。目标电流计算模型可以由目标先验概率模型和现有技术中的似然概率模型相乘获得。
其中，参考炮电流可以为托克马克装置在历史放电实验中反演获得的等离子体电流。比如，参考炮电流可以为托克马克装置在最近一次进行的放电实验中反演获得的等离子体电流。
需要说明的是，现有技术所构建的先验概率模型，是假定某个网格处的等离子体电流等于其周围网格的等离子体电流的均值，在该种假定下，反演获得的内真空室中整体网格的等离子体电流分布会比较平滑，边界位置网格的等离子体电流可以通过外部诊断数据进行调整，而内部没有诊断数据，导致整体网格的中心位置和边界位置处的等离子体电流的变化不能很大，使得在整体网格中心位置网格的等离子体电流较大的情况下，反演获得的等离子体电流可能与真实等离子体电流相差较大，即反演误差可能较大，反演结果准确率可能较低。
其中，本发明可以基于参考炮电流来构建目标先验概率模型，即可以根据托克马克装置的历史放电运行信息改进先验概率模型，优化先验概率模型的模型结构，从而可以优化后验概率模型的模型结构，降低反演误差，提高反演精度。
具体的，本发明可以对托克马克装置的历史放电运行实验的实验数据进行保存，在当前待进行放电运行实验时，可以根据本次放电运行实验所设计的放电目标数据，包括等离子体总电流的期望值和放电位形估算数据等，从历史放电运行实验的实验数据中查找出相近数据，将相近数据对应的放电运行实验确定为目标历史放电运行实验，将在目标历史放电运行实验中反演得到的等离子体电流确定为参考炮电流。
具体的，本发明可以在基于参考炮电流构建出目标先验概率模型后，可以根据目标先验概率模型和似然概率模型获得相应的目标后验概率模型，即目标电流计算模型。
具体的，本发明在构建出目标电流计算模型后，将外部诊断数据输入至目标电流计算模型中进行等离子体电流的反演。
第二获得单元103，被配置为执行：获得目标电流计算模型输出的目标电流值；
具体的，本发明可以在将外部诊断数据输入至目标电流计算模型中后，获得目标电流计算模型输出的目标电流值。
电流确定单元104，被配置为执行：将目标电流值确定为等离子体电流。
其中，目标电流值即可以为反演获得的等离子体电流。
可以理解的是，本发明引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构。
本实施例提出的等离子体电流计算装置，可以引入参考炮电流所构建的目标先验概率模型，考虑了放电目标数据相近的目标历史放电运行实验的反演结果，利用了目标历史放电运行实验的经验数据来优化先验概率模型的模型结构，可以优化后验概率模型的模型结构，提高后验概率模型对等离子体电流的计算精度，降低利用外部诊断数据进行等离子体电流反演的误差，提高反演精度。
基于图7所示装置，本实施例提出另一种等离子体电流计算装置。在该装置中，目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据参考炮电流构建。
可选的，目标先验概率模型中的协方差矩阵可以为：
Figure BDA0002980734880000181
其中，
Figure BDA0002980734880000182
为协方差矩阵，
Figure BDA0002980734880000183
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure BDA0002980734880000184
为当前网格点的位置，
Figure BDA0002980734880000185
为其它网格点的位置；其中：
Figure BDA0002980734880000186
其中，δ为根据参考炮电流处理后的标准差；l为特征长度，可以用于确定与当前网格的关系较为紧密的周围网格。具体的，本发明可以将与当前网格的位置距离小于特征长度l的网格，确定为与当前网格的关系较为紧密的网格。
其中，δ和l为超参数，本发明可以根据奥卡姆剃刀原理来确定和调整δ和l的值。当然，δ和l也可以由技术人员根据实际情况进行设置及调整。
具体的，本发明在目标先验概率模型的协方差矩阵中引入超参数δ和l，可以根据该两个超参数对模型结构进行调节，提高对模型结构的调节能力，提高对模型结构的优化自由度，提高根据放电运行实验设计的放电目标数据对模型结构进行调节的能力，使得模型可以更适用于放电运行实验，从而提高模型对等离子体电流的反演精度。
可选的，δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure BDA0002980734880000187
中，
Figure BDA0002980734880000188
和
Figure BDA0002980734880000189
的位置相同，则
Figure BDA00029807348800001810
其中，
Figure BDA00029807348800001811
为位置为
Figure BDA00029807348800001812
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure BDA00029807348800001813
中，
Figure BDA00029807348800001814
和
Figure BDA00029807348800001815
的位置不相同，则
Figure BDA00029807348800001816
其中，
Figure BDA00029807348800001817
为位置为
Figure BDA00029807348800001818
的网格点处的参考炮电流，
Figure BDA00029807348800001819
为位置为
Figure BDA00029807348800001820
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
可以理解的是，本发明可以通过调整σ来调整δ。具体的，本发明可以根据奥卡姆剃刀原理来确定和调整σ，进而对δ进行调整。
具体的，在公式(12)所示的
Figure BDA0002980734880000191
中，如果
Figure BDA0002980734880000192
和
Figure BDA0002980734880000193
的位置相同，则可以将
Figure BDA0002980734880000194
位置处的网格点的参考炮电流，乘以σ所获得的乘积确定为该
Figure BDA0002980734880000195
中的δ(可见上述公式(13))；如果
Figure BDA0002980734880000196
和
Figure BDA0002980734880000197
的位置不相同，则可以将
Figure BDA0002980734880000198
位置和
Figure BDA0002980734880000199
位置处的网格点的参考炮电流的乘积的平方根，乘以σ所获得的乘积确定为该
Figure BDA00029807348800001910
中的δ。
可以理解的是，在每个
Figure BDA00029807348800001911
中，σ的值均是相同的，而δ可以是不相同的，因此公式(12)中所示的各
Figure BDA00029807348800001912
可以是不相同的。
具体的，本发明可以在构建出公式(12)所示的协方差矩阵后，根据构建出的协方差矩阵来确定目标先验概率模型，之后根据目标先验概率模型构建相应的目标电流计算模型即后验概率模型，使用目标电流计算模型来反演获得等离子体电流。
本实施例提出的等离子体电流计算装置，采用基于参考炮电流构建出的目标电流计算模型，可以结合经验数据来进行对等离子体电流的反演，在反演时对等离子体电流的变化范围进行较为准确的限制，避免等离子体电流的变化范围出现较大的误差。
基于上述根据参考炮电流构建协方差矩阵的技术方案，本实施例提出另一种等离子体电流计算装置，该装置还可以包括：边界确定单元、区域确定单元、第一确定单元和执行单元，其中：
边界确定单元，被配置为执行：基于等离子体电流计算磁通分布，以在内真空室中确定新的等离子体电流边界；
区域确定单元，被配置为执行：在内真空室中，根据新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
第一确定单元，被配置为执行：将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域；
执行单元，被配置为执行：触发数据输入单元102，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
需要说明的是，本发明可以在反演获得等离子体电流后，基于反演获得的等离子体电流再次进行对等离子体电流的反演，并循环进行反演直至满足相应条件。
具体的，本发明可以基于反演获得的等离子体电流计算磁通分布，获得内真空室中最外层的闭合磁面坐标，即新的等离子体电流边界。之后，本发明可以将新的等离子体电流边界确定为当前的等离子体电流边界，之后再根据当前的等离子体电流边界确定新的等离子体电流边界。
具体的，本发明可以在内真空室中，剔除新的等离子体电流边界以外的区域，重新确定出新的等离子体电流区域，基于新的等离子体电流区域再进行对等离子体电流的反演。
需要说明的是，当等离子体电流区域发生变化后，等离子体电流区域中的网格数量和网格位置可以随之发生变化。此时，目标电流计算模型本身虽然未发生变化，但是目标电流计算模型在计算过程中的数据发生变化，如网格数量和网格位置，因此当等离子体电流区域发生变化后，再次进行反演所获得的等离子体电流将随之发生变化。
其中，在确定出的新的等离子体电流区域后，本发明可以无需再进行网格的划分，可以保留当前网格的划分数量和确定的位置序号，但进行等离子体电流的反演时，仅利用新的等离子体电流区域内的网格进行反演；当然，本发明也可以针对新的等离子体电流区域重新进行网格的划分和网格位置的确定，利用新划分后的网格进行等离子体电流的反演。
可以理解的是，新的等离子体电流区域相较于旧的等离子体电流区域，可以更为准确的覆盖等离子体电流的分布区域，因此可以反演获得更为准确的等离子体电流，进一步提高反演精度。
其中，网格磁通满足收敛条件的具体形式可以表现为：
Figure BDA0002980734880000201
其中，ψm和ψ(m+1)可以分别为前后两次迭代的网格磁通分布；||max可以为前后两次迭代网格磁通分布相对误差的最大值；ε可以为预设收敛阈值，可以由技术人员根据实际情况进行设置，如设置为10-5，本发明对此不做限定。
本实施例提出的等离子体电流计算装置，可以根据反演获得的等离子体电流再次进行反演，进一步提高反演精度。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种等离子体电流计算方法，其特征在于，包括：
获得等离子体电流的外部诊断数据，所述等离子体电流存在于内真空室中的当前等离子体电流区域内；
将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，获得所述目标电流计算模型输出的目标电流值，其中，所述目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，所述目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据参考炮电流构建；所述参考炮电流为托克马克装置在历史放电实验中反演获得的等离子体电流；
将所述目标电流值确定为所述等离子体电流；
所述协方差矩阵为：
Figure FDA0003636430520000011
其中，
Figure FDA0003636430520000012
为协方差矩阵，
Figure FDA0003636430520000013
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure FDA0003636430520000014
为当前网格点的位置，
Figure FDA0003636430520000015
为其它网格点的位置；其中：
Figure FDA0003636430520000016
其中，δ为根据所述参考炮电流处理后的标准差，l为特征长度；
所述δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure FDA0003636430520000017
中，
Figure FDA0003636430520000018
和
Figure FDA0003636430520000019
的位置相同，则
Figure FDA00036364305200000110
其中，
Figure FDA00036364305200000111
为位置为
Figure FDA00036364305200000112
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure FDA00036364305200000113
中，
Figure FDA00036364305200000114
和
Figure FDA00036364305200000115
的位置不相同，则
Figure FDA00036364305200000116
其中，
Figure FDA00036364305200000117
为位置为
Figure FDA00036364305200000118
的网格点处的参考炮电流，
Figure FDA00036364305200000119
为位置为
Figure FDA00036364305200000120
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述等离子体电流计算磁通分布，以在所述内真空室中确定新的等离子体电流边界；
在所述内真空室中，根据所述新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域，返回执行将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中的步骤，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
3.一种等离子体电流计算装置，其特征在于，包括：第一获得单元、数据输入单元、第二获得单元和电流确定单元，其中：
所述第一获得单元，被配置为执行：获得等离子体电流的外部诊断数据，所述等离子体电流存在于内真空室中的当前等离子体电流区域内；
所述数据输入单元，被配置为执行：将所述外部诊断数据输入至预先设置的目标电流计算模型中，其中，所述目标电流计算模型为根据目标先验概率模型获得，所述目标先验概率模型中的协方差矩阵为根据参考炮电流构建；所述参考炮电流为托克马克装置在历史放电实验中反演获得的等离子体电流；
所述第二获得单元，被配置为执行：获得所述目标电流计算模型输出的目标电流值；
所述电流确定单元，被配置为执行：将所述目标电流值确定为所述等离子体电流；
所述协方差矩阵为：
Figure FDA0003636430520000021
其中，
Figure FDA0003636430520000022
为协方差矩阵，
Figure FDA0003636430520000023
为协方差矩阵中的元素，i和j均为当前等离子体电流区域中网格点的位置序号，i和j均为不小于1且不大于n，
Figure FDA0003636430520000024
为当前网格点的位置，
Figure FDA0003636430520000025
为其它网格点的位置；其中：
Figure FDA0003636430520000026
其中，δ为根据所述参考炮电流处理后的标准差，l为特征长度；
所述δ为参考炮电流的正比例函数；
如果在
Figure FDA0003636430520000031
中，
Figure FDA0003636430520000032
和
Figure FDA0003636430520000033
的位置相同，则
Figure FDA0003636430520000034
其中，
Figure FDA0003636430520000035
为位置为
Figure FDA0003636430520000036
的网格点处的参考炮电流；
如果在
Figure FDA0003636430520000037
中，
Figure FDA0003636430520000038
和
Figure FDA0003636430520000039
的位置不相同，则
Figure FDA00036364305200000310
其中，
Figure FDA00036364305200000311
为位置为
Figure FDA00036364305200000312
的网格点处的参考炮电流，
Figure FDA00036364305200000313
为位置为
Figure FDA00036364305200000314
的网格点处的参考炮电流；
其中，σ为预设标准差。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：边界确定单元、区域确定单元、第一确定单元和执行单元，其中：
所述边界确定单元，被配置为执行：基于所述等离子体电流计算磁通分布，以在所述内真空室中确定新的等离子体电流边界；
所述区域确定单元，被配置为执行：在所述内真空室中，根据所述新的等离子体电流边界确定出新的等离子体电流区域；
所述第一确定单元，被配置为执行：将新的等离子体电流区域确定为当前等离子体电流区域；
所述执行单元，被配置为执行：触发所述数据输入单元，直至迭代次数达到预设阈值和/或直至网格磁通满足收敛条件。
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