[發明專利]基于遺傳規劃的Bragg光柵軸向非均勻應變重構方法

無效

• 申請號: 200910028457.2
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101477224A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 鄭世杰;夏彥君;張榮祥
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B27/00;G06N3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

1.一種基于遺傳規劃的Bragg光柵軸向非均勻應變重構方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)采集結構響應信號：

連接寬帶光源到光譜儀，掃描測量光，獲取入射光的光譜；連接寬帶光到Bragg光柵的一端，Bragg光柵另一端連接光譜儀，掃描Bragg光柵的透射光，獲取透射光的光譜；透射光的光譜減去入射光的光譜得到的dB為單位的透射譜，將該透射譜采樣點換算成反射率，最終得到Bragg光柵的反射譜；

(2)隨機生成Bragg光柵軸向非均勻應變分布表達式：

設置遺傳規劃的初始控制參數，利用遺傳規劃隨機生成以二叉樹形式表示的Bragg光柵軸向非均勻應變分布表達式種群，其中：遺傳規劃的樹狀結構由函數集F和終止符集T中的元素組成，函數集F包括運算符號和數學函數條件表達式；終止符集T包括輸入狀態變量常數和無參函數，初始種群由眾多個體組成，每個個體都是由函數集F和終止符集T中的任意元素隨機排列組合生成，選出根結點后，根據所發出的變量數目，確定生長出的分支數目，再從函數集F和終止符集T的并集中按均勻分布的隨機方法選出一個元素作為分支的尾結點：若選出的是函數集F中的元素，則重復執行上述選擇過程；若選出的是終止符集T中的元素，則該分支就停止生長，所有分支均停止生長后即生成了一個個體；

(3)計算Bragg光柵的模擬反射譜：

先利用改進的T矩陣法，把Bragg光柵分成M等份，每一份為一段子光柵；

a.計算受載后Bragg光柵任意位置處的光柵周期：

其中：z為Bragg光柵軸向坐標，p_e為彈光系數，ε(z)、ε′(z)分別為Bragg光柵軸向坐標z處的應變和應變梯度，Λ₀為Bragg光柵的固有光柵周期；

b.計算直流自耦合系數和交流耦合系數：

直流自耦合系數：

其中：n_eff為有效折射率，λ為波長，為折射率調制深度；交流耦合系數：其中：υ是折射率變化的條紋可見度；

c.每段均勻光柵的傳輸特性用相應的傳輸矩陣F_i表示：

其中：j²＝-1；

d.計算Bragg光柵的模擬反射譜：

由每段子光柵的應變值ε_i計算出每段子光柵的傳輸矩陣F_i，即可得出整個Bragg光柵的傳輸特性：

其中：F＝F₁F₂...F_M，R_i、S_i分別為第i段光柵的前向和后向傳輸模的振幅；

細分的Bragg光柵段數M滿足：其中：λ_B為光柵的Bragg波長，L為Bragg光纖光柵長度；

則Bragg光柵的模擬反射譜：

(4)計算適應度函數：

用步驟(1)中實驗測得的Bragg光柵反射譜與步驟(3)得到的應變分布表達式對應的模擬反射譜之間的歐式距離建立適應度函數：

T_n＝||r_n-r_o||

其中：r_o為實驗測得的Bragg光柵反射譜，r_n為種群中第n個非均勻應變分布函數表達式對應的反射譜，T_n為第n個個體的適應度值，n為種群中個體的序號，其取值是在1到預設的種群個體數量間依次輪流取值；

(5)通過遺傳規劃的復制、交叉和變異操作優化非均勻應變分布表達式：

a.動態調整復制率、交叉率和變異率：

每次隨機選取兩個個體，在其中選擇適應度高的個體作為需要遺傳操作的第一個體，根據第一個體的適應度f按下式動態調整復制率、交叉率和變異率：

p_r＝1-p_c-p_m

其中：適應度f∈T_n，f_max為當前種群最大適應度值，f_avg為當前種群的平均適應度值，p_r為復制率，p_c為交叉率，p_m為變異率，p_c1為交叉率上限，p_c2為交叉率下限，p_m1為變異率上限，p_m2為變異率下限；

b.執行遺傳操作：

產生一個0～1之間的隨機數rand，分別根據復制、交叉和變異的概率p_r、p_c和p_m進行選擇來確定遺傳操作的類型：若rand∈(0，p_r]，則對第一個體進行復制操作；若rand∈(p_r，p_c]，則采用上述選擇方法再選出一個第二個體與第一個體進行交叉操作；若rand∈(p_c，p_m]，則對第一個體進行變異操作，直到生成達到預設個數的新一代種群；

(6)重復進行步驟(4)和步驟(5)，直到達到預設的最大遺傳代數為止，最后一代群體中適應度值最高的個體即為所要得到的非均勻應變分布表達式。

2.根據權利要求1所述的基于遺傳規劃的Bragg光柵軸向非均勻應變重構方法，其特征在于步驟(5)中b執行遺傳操作中設置動態限制樹深，它是把交叉、變異操作后新產生的樹深不超過動態限制樹深的個體予以保留，超過動態限制樹深且其適應度不是最高的個體被直接淘汰；當新產生的個體為適應度最高的個體且其樹深低于最大樹深時，動態樹深設置在進化過程中自動改變為目前為止最好個體的樹深。