[發(fā)明專利]基于遺傳算法的光纖擾動系統(tǒng)的偏振控制方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410226340.6
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103995468B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉琨;劉鐵根;陳沁楠;江俊峰;丁振揚(yáng);潘亮;李玉;馬春宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于遺傳算法的分布式光纖擾動定位系統(tǒng)偏振控制方法，其特征在于，

在分布式光纖擾動定位系統(tǒng)中，給傳感系統(tǒng)一臂上的相位調(diào)制器施加一定頻率和幅值的正弦波，作為參考信號，將傳感光纖另一臂的光信號輸入到擠壓型偏振控制器中，經(jīng)過擠壓型偏振控制器偏振控制后兩路干涉信號分別進(jìn)入兩個光電探測器，用一數(shù)據(jù)采集卡采集兩路信號并將信號送入計算機(jī)；

計算機(jī)判斷兩個光電探測器接收的兩路信號的差值是否大于所設(shè)定的閾值，若兩路信號的差值大于該閾值，則計算機(jī)根據(jù)所反饋的兩路干涉信號的相關(guān)度，調(diào)整遺傳算法中各染色體的基因值，即通過單片機(jī)系統(tǒng)改變各染色體對應(yīng)的外加到光纖擠壓器上的電壓值，對擠壓型偏振控制器入射光波的偏振態(tài)進(jìn)行連續(xù)控制并利用反饋信號進(jìn)行最優(yōu)值搜索，直到反饋信號對應(yīng)的兩路信號的相關(guān)度滿足搜索終止條件時停止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于遺傳算法的分布式光纖擾動定位系統(tǒng)偏振控制方法，其特征在于，計算機(jī)根據(jù)所反饋的兩路干涉信號的相關(guān)度調(diào)整遺傳算法中各染色體的基因值的具體過程是：

通過改變輸入到擠壓型偏振控制器兩個光纖擠壓器上的電壓控制光信號的偏振態(tài)，將一組兩個電壓值表示為一個染色體C＝(V₁,V₂)，將該組兩個電壓值輸入到擠壓型偏振控制器的光纖擠壓器上時分布式光纖擾動定位系統(tǒng)中兩個光電探測器接收的兩路信號的相關(guān)度表示為該染色體對應(yīng)的適應(yīng)值，并用以下函數(shù)描述：

Eval(C)＝f(V₁,V₂)

其中，V₁,V₂分別為兩個光纖擠壓器上所施加的電壓值，C＝(V₁,V₂)為該組電壓值所表示的染色體，Eval(C)表示該染色體對應(yīng)的適應(yīng)值；當(dāng)Eval(C)達(dá)到最大時，所對應(yīng)的V₁,V₂值為最佳電壓值；從而實(shí)現(xiàn)偏振控制；

作為偏振控制的遺傳算法的搜索過程如下：

(1)初始化規(guī)模為50的群體，其中染色體每個基因的值采用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器生成并滿足每個基因的值所對應(yīng)的電壓的范圍；當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)Generation＝0；

(2)采用評估函數(shù)對群體中所有染色體進(jìn)行評價，分別計算每個染色體的適應(yīng)值，保存適應(yīng)值最大的染色體C_Best；

(3)采用輪盤賭選擇算法對群體的染色體進(jìn)行選擇操作，產(chǎn)生規(guī)模同樣為50的種群；

(4)按照交差概率P_c從種群中選擇染色體進(jìn)行交配；每兩個進(jìn)行交配的附父代染色體，交換部分基因，產(chǎn)生兩個新的自帶染色體，子代染色體取代父代染色體進(jìn)入新種群；沒有進(jìn)行交配的染色體直接復(fù)制進(jìn)入新種群；

(5)按照變異概率P_m對新種群中染色體的基因進(jìn)行變異操作；發(fā)生變異的基因數(shù)值發(fā)生改變；變異后的染色體取代原有染色體進(jìn)入新群體，未發(fā)生變異的染色體直接進(jìn)入新群體；

(6)變異后的新群體取代原有群體，重新計算群體中各個染色體的適應(yīng)值；倘若群體的最大適應(yīng)值大于適應(yīng)值最大的染色體C_Best的適應(yīng)值，則以該最大適應(yīng)值對應(yīng)的染色體替代C_Best；

(7)當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)Generation加1；如果Generation超過規(guī)定的最大進(jìn)化代數(shù)或適應(yīng)值最大的染色體C_Best達(dá)到規(guī)定的誤差要求，即最大適應(yīng)度值和平均適應(yīng)度值變化不大、趨于穩(wěn)定時，搜索過程結(jié)束；否則返回上述步驟(3)。

3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的偏振控制方法的偏振控制裝置，其特征在于，包括基于雙馬赫-曾德光纖干涉儀的基本分布式光纖傳感器，基本分布式光纖傳感器的一路傳感光纖上設(shè)有擠壓偏振控制器，另一路傳感光纖上設(shè)有鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器；

所述基本分布式光纖傳感器用于產(chǎn)生干涉信號，進(jìn)行擾動定位；

所述擠壓型偏振控制器包括四個擠壓方向成45°交錯排列的光纖擠壓器，通過調(diào)制所述擠壓型偏振控制器所在一路光信號的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)偏振控制；即使用擠壓型偏振控制器中的前兩個光纖擠壓器，通過對該兩個光纖擠壓器施加不同組合的電壓對輸入光波的偏振態(tài)進(jìn)行不同的調(diào)制，從而輸出不同偏振態(tài)的光波；

所述鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器用于產(chǎn)生參考信號，通過外加正弦電壓對經(jīng)過鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器的光波產(chǎn)生正弦相位調(diào)制，相位調(diào)制信號經(jīng)過雙馬赫-曾德光纖干涉儀干涉產(chǎn)生強(qiáng)度正弦調(diào)制，由兩個光電探測器分別接收；

數(shù)據(jù)采集卡：對兩個光電探測器的電壓信號進(jìn)行采集，并送入計算機(jī)處理；

計算機(jī)：通過在計算機(jī)中的程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡送入的采集信號的處理，以實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)制電壓的迭代搜索，并將搜索到的最佳調(diào)制電壓通過單片機(jī)系統(tǒng)反饋到擠壓型偏振控制器和鈮酸鋰雙折射相位調(diào)制器；

單片機(jī)系統(tǒng)：通過與計算機(jī)進(jìn)行通信，輸出數(shù)字信號直接控制偏振控制器；輸出正弦波信號，對相位調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制。