[發明專利]基于遺傳算法的光纖擾動系統的偏振控制方法及其裝置

有效

• 申請號: 201410226340.6
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103995468B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 劉琨;劉鐵根;陳沁楠;江俊峰;丁振揚;潘亮;李玉;馬春宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明屬于傳感及檢測技術領域，尤其涉及一種光纖擾動系統的偏振控制系統。

背景技術

隨著科技的發展與人們安防意識的增強，研制一種探測范圍大、能耗小、成本低的周界安全系統成為一個必須且迫切需要解決的問題。分布式光纖振動傳感系統憑借其靈敏度高，抗電磁干擾，無需供電等優點，在軍事防御、金融防護、能源安全、社區安保等安防領域已有了廣泛的應用，并且在未來還將有著廣大的應用前景。

由于光波產生干涉的必要條件之一就是參與干涉的光矢量振動方向相同，即有相同的偏振方向分量。實際擾動系統采用的光纖為普通單模光纖，由于單模光纖的雙折射特性，光波進入光纖后偏振態會發生改變，導致線偏光的偏振態退化。在傳感領域，這會導致干涉條紋可見度降低，甚至干涉條紋消失，于是使系統對擾動的定位精度大大下降。

使用保偏光纖雖然能保持光的偏振態不變，但由于分布式光纖振動傳感系統的光纖敷設距離一般都長達幾十公里，使用保偏光纖會使系統成本過高。因此，在實際應用中，我們必須采取一種恰當的手段對抗系統中光的偏振退化，補償光的偏振態改變，從而盡可能地消除單模光纖的雙折射特性導致的系統定位不準

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于遺傳算法的偏振控制方法，用該方法調整分布式光纖振動傳感系統一臂中的信號光偏振態，可以盡量保持系統兩臂中的信號光偏振態一致，從而提高系統的定位精度。

本發明一種基于遺傳算法的分布式光纖擾動定位系統偏振控制方法，在分布式光纖擾動定位系統中，給傳感系統一臂上的相位調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，經過擠壓型偏振控制器偏振控制后兩路干涉信號分別進入兩個光電探測器，用一數據采集卡采集兩路信號并將信號送入計算機；計算機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定的閾值，若兩路信號的差值大于該閾值，則計算機根據所反饋的兩路干涉信號的相關度，調整遺傳算法中各染色體的基因值，即通過單片機系統改變各染色體對應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進行連續控制并利用反饋信號進行最優值搜索，直到反饋信號對應的兩路信號的相關度滿足搜索終止條件時停止。

進一步講，計算機根據所反饋的兩路干涉信號的相關度調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，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中兩個光電探測器接收的兩路信號的相關度表示為該染色體對應的適應值，并用以下函數描述：

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)表示該染色體對應的適應值；當Eval(C)達到最大時，所對應的V₁,V₂值為最佳電壓值；從而實現偏振控制；作為偏振控制的遺傳算法的搜索過程如下：

(1)初始化規模為50的群體，其中染色體每個基因的值采用隨機數產生器生成并滿足每個基因的值所對應的電壓的范圍；當前進化代數Generation＝0；

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

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

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

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

(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值；倘若群體的最大適應值大于適應值最大的染色體C_Best的適應值，則以該最大適應值對應的染色體替代C_Best；