This work introduces a novel technique that incorporates the bias contaminating magnetic coil measurements within the model, building upon previous sensor fusion techniques of magnetic coil and Hall sensor (Quercia et al 2022 Nucl. Fusion62 106032; Arpaia et al 2021 Sensors22 182). In the pursuit of sustainable thermo-nuclear magnetic fusion, precise and drift-free magnetic field measurements are essential for effective plasma control. Typically, magnetic field measurements for plasma control and diagnosis in magnetic fusion are achieved through inductive coil sensors and integrators, striving for low noise and fast sampling rates. However, these methods are susceptible to drift due to the presence of bias or offset originated from the magnetic coil measurements and the integrator. To address the drift issue, we employ a Kalman filter approach that considers the time-varying bias as a Wiener or Brownian process, in conjunction with a Hall sensor. This method is applied to synthetic magnetic field data representing Hall sensor measurements with high noise and synthetic data representing magnetic coil sensor measurements with time-varying bias. While these conditions are more extreme than typical in current fusion diagnostics, they are chosen to rigorously test the robustness of our method. The results demonstrate successful reconstruction of a low-noise, low-bias magnetic field and the time-varying bias, highlighting the method's reliability in challenging scenarios. The proposed method offers promising applications in achieving long-term, drift-free control of plasma in magnetic fusion experiments, taking us one step closer to the goal of sustainable fusion energy production.
本研究は、磁気コイルとホールセンサの従来のセンサフュージョン技術（Quercia et al 2022 Nucl. Fusion62 106032; Arpaia et al 2021 Sensors22 182）に基づき、磁気コイル測定を汚染するバイアスをモデルに組み込む新しい手法を導入する。持続可能な熱核磁気核融合の追求において、正確でドリフトのない磁場測定は、効果的なプラズマ制御に不可欠である。通常、磁気核融合におけるプラズマ制御および診断のための磁場測定は、誘導コイルセンサと積分器によって達成され、低ノイズかつ高速サンプリングレートを目指している。しかしながら、これらの方法は、磁気コイル測定と積分器に起因するバイアスまたはオフセットの存在により、ドリフトの影響を受けやすい。このドリフト問題に対処するため、我々は、時間変動バイアスをウィーナー過程またはブラウン過程とみなすカルマンフィルタアプローチを、ホールセンサと併用して採用する。本手法は、高ノイズを伴うホールセンサ測定を表す合成磁場データと、時間変動バイアスを伴う磁気コイルセンサ測定を表す合成データに適用される。これらの条件は、現在の核融合診断における典型的な条件よりも極端であるが、本手法の頑健性を厳密に試験するために選択されたものである。結果は、低ノイズ・低バイアスの磁場と時間変動バイアスの再構築が成功したことを示し、困難なシナリオにおける本手法の信頼性を強調するものである。提案手法は、磁気核融合実験における長期のドリフトフリープラズマ制御の達成に有望な応用を提供し、持続可能な核融合エネルギー生産という目標に一歩近づけるものである。