非共振磁扰动对误差场渗透的影响

ITER由于具有低转速运行的特征容易产生误差场渗透，引起锁模导致等离子体大破裂。为了避免这个问题的发生，近二十多年来，国际上许多著名托卡马克装置针对误差场渗透进行了大量专题研究。虽然这些渗透实验对许多参数给出了大量的定标分析，然而各装置定标结果存在较大差异，没有给出令人满意的结果。目前国际同行重点关注的非共振磁扰动，对等离子体旋转有较大影响。这意味着非共振磁扰动可能对误差场渗透也有重要影响。通过在EAST上开展的误差场实验及相关物理分析，取得了一系列学术成果（主要分成三大类）。在非共振磁扰动对误差场渗透实验影响方面：（1）首次从实验上发现误差场渗透密度定标过程中，能量约束时间处于饱和欧姆机制，成功解释了实验定标结果；（2）发现EAST上共振与非共振两种磁扰动谱形下测量发现固有误差场都非常小；（3）首次在误差场渗透过程中实现主动调控环向阿尔芬本征模。在非共振磁扰动对等离子体响应影响方面：（1）通过线性响应模型阐明了非共振谱形对误差场渗透的影响；（2）通过多个极向谐波模型揭示EAST上非共振与共振磁扰动谱形下固有误差场的幅值差异；（3）揭示了磁扰动控制边界局域模过程中渗透过程和等离子体线性与非线性响应的关系；（4）首次研究了磁约束核聚变装置三维壁结构对等离子体线性响应的影响，发现目前广泛采用的环向对称的二维模型可以给出准确的等离子体线性响应的结论。在边界磁拓扑及破裂缓解方面：（1）自主开发的二维磁扰动拓扑模型与实验观测到的边界粒子输运一致；（2）首次在EAST上开展大量气体注入缓解破裂实验，实现大量气体注入对等离子体破裂的缓解。这些结果对以后磁约束聚变堆ITER等装置的破裂避免及预防、高能粒子控制、边界粒子输运预测等方面都有着重要的意义。 2100433B

ITER由于具有低转速运行的特征容易产生误差场渗透，引起锁模导致等离子体大破裂。为了避免这个问题的发生，近二十多年来，国际上许多著名托卡马克装置针对误差场渗透进行了大量专题研究。虽然这些渗透实验对许多参数给出了大量的定标分析，然而各装置定标结果存在较大差异，没有给出令人满意的结果。目前国际同行重点关注的非共振磁扰动，对等离子体旋转有较大影响。这意味着非共振磁扰动可能对误差场渗透也有重要影响。最近，在EAST上开展的固有误差场测量实验也表明非共振磁扰动对等离子体旋转有显著影响。基于此，我们拟在EAST上分别开展共振与非共振磁扰动主导下误差场渗透的实验研究。为了更好地理解非共振磁扰动在误差场渗透中的物理机制，我们还将通过在原有误差场渗透物理模型中加入非共振磁扰动相关的新经典环向粘滞分析给出理论模型下的结果。最后结合实验、理论及数值模拟，分析理解非共振磁扰动对误差场渗透的影响。

运用统计相关和奇异值分解方法，系统地考察了非绝热加热对大气局地扰动位能的响特征和机理问题。分析结果表明，热带地区海表温度异常和扰动位能的耦合相关特征与厄尔尼诺和南方涛动变率的关系密切，扰动位能在热带外地区的耦合模态空间型呈现出与北太平洋—北美大气遥相关型极为相似的分布特征。

位能表面温度与扰动位能的相关关系

海表温度异常对于大气系统热力动力过程的影响是知道的，同样作为下垫面边界条件，陆面温度的异常变化也必然会对大气局部能量有效性造成影响。因此，在对SST场异常以及特征指数与大气扰动位能相关关系进行分析基础上，这里简要考察表面温度（SurfaceAirTemperature，SAT）与扰动位能的局地单点相关关系。

扰动位能和表面温度的点对点局地相关系数分布情况。可以看出，全球各个格点在四个季节PPE和SAT的相关系数均大于0，呈现正相关特征，相关不显著区域主要集中于夏半球，1月份分布在澳洲和南大洋以及热带地区，而月份则分布在北太平洋和北大西洋海区以及热带和南极附近；春秋过渡季节阴影区显著减小，主要集中于热带，但春季4月份南极大陆几乎都未通过严格的显著性检验。总体来看，陆面温度和扰动位能的相关要好于海面。

扰动位能反映的是局地能量的有效性，它与局地温度相对于全球平均的偏差有关，因而，表面温度与局地扰动位能的显著相关是容易理解的，这也反映出两者变化具有一致性。当然，在不同季节也会出现相关相对较弱的个别区域，这些情况可能与其它未知因素有关。

位能热带地区Q1和扰动位能的SVD分析

在单点相关分析基础上，进一步以Q₁为左场，以大气扰动位能为右场进行了SVD场相关分析，并按照热带地区Q₁和扰动位能之间，以及北半球热带外Q₁和扰动位能之间两种情况来分别开展研究。

首先，以冬季热带地区的视热源Q₁为左场，以该地区整层积分的扰动位能为右场进行SVD分析，其目的是考察低纬以潜热为主的非绝热加热率与局地能量有效性的相关关系。第一模态解释两个场之间的总协方差平方和的62.18%，能够代表两个场耦合变化型的主要特征，解释Q₁方差的27.02%，解释整层扰动位能方差的7.03%，两个场的耦合变化型显然在Q₁场中占较大的方差比例。第二耦合模态的方差贡献则远不及第一模态，其仍在Q₁场中的贡献很大。大部分耦合模态左右场展开时间系数之间的相关可达0.7以上，通过了99.9%的信度检验。

正交频分多路(OFDM)作为一种传输数据的有效方法越来越受到重视，在许多领域得到了应用，如数字声音广播、数字电视、移动通信等等。与传统单载波系统相比，OFDM系统中，由于数据分成许多子信道，大大降低了载频上数据传输的速率，这样，每个子信道上可以近似地用平坦传输函数和加性高斯噪声表示，因此不容易受信道扩散的影响。尽管如此，与单载波系统相比，OFDM系统对同步误差非常敏感，同步误差包括载波频率误差、定时误差和采样频率误差，只有当发射机和接收机之间较好的同步时，才能保证每个子信道之间的独立性。

文献 中分析了载波频率误差对系统性能的影响，研究表明，载波频偏引起OFDM系统的性能恶化随子载波数目增加和输入信噪比增大而加剧。文献中提出了基于导频的频率估计方法，文献中利用最大似然估计方法进行频率估计，定时误差导致子载波产生相移，当定时误差超过循环前缀时会产生码间干扰，文献分别提出基于导音符号和基于最大似然估计的定时同步算法。尽管有许多关于频率和定时误差估计的研究，但人们往往忽略了采样频率误差对系统的影响。因此，本文主要讨论OFDM系统中采样频率误差对系统的影响，并提出一种基于导音符号的采样频率误差估计方法。

频率误差系统描述

由N路子载波组成的OFDM系统模型如图1所示。发射机中，OFDM系统的频率间隔为1/T=1/(NTs)。其中:T为一个OFDM的符号周期；Ts为采样周期。一个OFDM符号由N个正交幅度调制(QAM)或者相移键控方式调制(PSK)的符号组成。第m个OFDM符号经串并变换后，形成N路数据，IFFT在周期T内对这N路数据{a_m(n)|n=0，1，…，N-1}进行处理，然后经并/串变换、D/A转换和低通滤波以后，形成OFDM信号的复包络，最后经上变频发射出去(为分析方便，假设低通滤波器和信道响应均为理想状况)。

频率误差采样频偏对系统性能影响的分析

在时域上，FFT处理表现为FFT窗口的位置根据每个OFDM符号而移动，如果有采样频偏，于是对于第k路输出，连续的两个OFDM符号的数据之间在星座图上产生了一个附加的相位偏移θk=2πk·Δf/fs。由于这个附加相移与子载波指示数成正比，高指示数的子载波产生的相移大于低指示数，经过许多OFDM符合传输以后，这种相位偏移能累计起来，在数据解码时产生错误。例如，系统总共有1001个子载波，Δf/f=10-5，则子载波1中，两个连续OFDM符号之间的附加相移为：2π×1×10-5=0.0026°；对于第500路子载波，相位偏移将达1.8°，于是在传输中，第1个OFDM符号和第101个OFDM符号在FFT输出的第500路子载波上，附加的相位偏移将达180°。这样在接收的星座图上产生了一个与发射星座图上不同的错误星座点，由于子载波之间的最大相移与系统子载波的数目成正比，如果一个OFDM系统具有长的信道冲激响应(如数字电视)，需要很多的子载波，采样频率误差会给系统带来问题。

频率误差研究结论

分析了采样频率偏差对系统性能的影响。研究表明，在相同的频率采样频偏情况下，系统输入信噪比增大，输出性能恶化加剧，当输入信噪比一定时，随着采样频偏增大，输出性能恶化增大，当输入信噪比较小时，这种变化更为明显。采样频率偏差引起的附加的相移与子载波指示数和采样偏差成正比，采样频偏引起的附加相位增大，性能恶化加剧，对于具有长的信道冲激响应(如数字电视)的OFDM系统，需要很多子载波，采样频率误差会给系统带来问题，为了避免信噪比的严重恶化，必须尽可能地提高采样频率偏差估计精度，减小采样频率偏差。最后，通过连续重发两个相同的OFDM符号，应用最大似然估计方法确定采样频偏，经分析计算表明，该方法具有实现简单、偏差估计精确的特点。

在非均匀流体中，由于存在速度梯度，压力梯度，温度梯度，非均匀辐射和浓度梯度，这些因素也必然要影响固体颗粒的运动和阻力系数，下面简要介绍速度梯度、温度梯度和附加质量和附加质量力对颗粒运动的影响：

①速度梯度

在流体中，由于粘性或其它因素的影响而形成速度梯度，例如在管道中的流体，沿管壁的流速低，而轴心的流速高。这种速度梯度的存在，将使颗粒产生旋转。在低雷诺数情况下，旋转将引起流体的挟带作用，使流体在颗粒一边增速，而在另一边减速。其结果势必使颗粒朝向速度较高一边运动。这种现象叫马格努斯效应。实验表明，气体挟带固体颗粒在管道中流动时，颗粒有移向管道轴心的倾向，并集中在大约离管道轴0。6管半径的区域内。

赛夫曼研究表明，当颗粒处在有速度梯度的非均匀流体中，即使它没有旋转，也可能产生一个横向升力。他推导了在无界，均匀的简单剪切流中，作用在移动并同时旋转的小圆球上的净力。移动是沿着流线的。研究表明，除斯托克斯阻力以外，应附加上一个作用在颗粒上的横向力。由于滑动剪切力的存在，使颗粒与非均匀流体之间的相对速度减小，因而颗粒向低速度区域运动。

②温度梯度

非均匀流体中的温度梯度将明显地使流体粘度发生变化，这种变化也可以由热传导及其相应的温度分布而引起的。而当粘度发生变化时，都会引起速度分布和阻力系数的变化。不过在这种情况下，影响一般都比较小。只有在颗粒尺寸极小的情况下，温度梯度效应才变得很明显。由温度梯度而引起颗粒的位移叫“热泳”现象，由非均匀辐射而引起颗粒的位移叫“光泳”现象。它们所产生的作用在颗粒上的力称为辐射力。

③附加质量和附加质量力

在颗粒作加速运动情况下，即使非均匀流体没有粘性，在非均匀流体和颗粒之间仍然也会产生作用力。这种力的效应可以类似于颗粒的质量增添了它所带动的流体的质量一样，我们把这被带动的流体质量叫做“附加质量”，相应所产生的力叫附加质量力。对于球体，其附加质量等于它所排开的非均匀流体质量的一半。对于轴长比为1:2的椭球，这个量可达到20%。对于轴长比为1:6的椭球，其附加质量只有4。5%。当非均匀流体最初是从静止状态开始运动，这种运动近乎是无旋的，所以这个结果对于实际流体也是有意义的。

在研究非均匀密度流动如分层流体流动、热对流时常采用的近似。可叙述为：当密度的不均匀性产生的密度变化量与密度值本身相比为微小量时，可认为密度的变化对流体运动的惯性和粘性无影响，其重要的影响体现于所产生的浮力上，因而在非均匀流体动力学方程中，对于密度变化量，只当其和重力加速度以乘积联结在一起而表现出浮力时才被保留。在地球流体力学、对流、扩散等许多研究领域中经常采用布辛涅斯克近似。在大多数情况下近似是合理的，可给出合理的结果。