[發明專利]基于LSTM網絡的布拉格光纖光柵交錯光譜的解調方法

有效

• 申請號: 201811239614.X
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109282837B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 江灝;邱曉杰;陳靜;繆希仁
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種基于LSTM網絡的布拉格光纖光柵交錯光譜的解調方法，包括如下步驟：步驟S1:采集布拉格光纖光柵反射光譜數據以及對應的布拉格波長數據；步驟S2:對得到布拉格光纖光柵反射光譜數據以及對應的布拉格波長數據進行預處理，得到訓練數據集和測試數據集；步驟S3:根據訓練數據集，利用長短時卷積網絡初始化訓練模型和模型權重；步驟S4:根據訓練模型對測試數據集進行評估，若評估的效果沒有變化或者模型已經收斂則結束訓練，完成解調。本發明通過將卷積網絡和長短時記憶網絡結合，模型對復雜的傳感網絡能快速的得到精確的解，同時在對重疊光譜的求解中模型能準確的學習到重疊區域對應的布拉格光纖光柵，精確匹配避免了重疊時的錯配，漏檢。

技術領域

本發明涉及布拉格光纖光柵交錯光譜解調方法領域，具體涉及一種基于LSTM網絡的布拉格光纖光柵交錯光譜的解調方法。

背景技術

隨著光纖通訊技術的發展，光纖光柵傳感技術以其具有耐腐蝕、抗干擾、集成化、本征性、低成本、能串接復用等優點迅速成為了傳感領域最受歡迎的新技術。光纖光柵就是在光纖內部構建一個折射網絡，這個網絡能改變光譜的傳播，這樣我們就能通過入射光譜得到與之發生相應耦合的反射光譜。光纖光柵的反射光譜是一個窄帶光譜，這個窄帶光譜的中心波長我們稱為布拉格波長，光纖光柵傳感技術原理就是當光纖光柵受到外力或者溫度影響時，布拉格波長就會發生改變，只要測出這個差值就能測出對應的外力或者溫度。因此對光譜的解調技術是布拉格光纖光柵傳感網絡的關鍵技術。對于發生重疊的反射光譜，在設計傳感網絡時需要每個布拉格光纖光柵都需要占有一段固定的光譜。由于光譜的帶寬是有限的，對布拉格光纖光柵交錯光譜的解調技術就成為了布拉格光纖光柵復用的關鍵。

現在的技術一般對復用布拉格光纖光柵波長檢測表述為一個優化問題。其原理是通過給每個布拉格光纖光柵加上一個衰減器使得每個布拉格光纖光柵的反射光譜不同。以2個布拉格光纖光柵并聯傳感網絡為例，假設反射譜的形狀為，那么我們可以的到這個并聯的反射光譜為：

那么在構造光譜與采樣光譜的差值最小化時能取到.因此就可以把求得的最小化的解作為求解布拉格光纖光柵問題的優化數學模型。

基于優化數學模型的求解方式能夠很好的求解布拉格光纖光柵傳感網絡的解調問題，現有的技術中基于差分算法和進化計算算法已經能夠很好的解決反射光譜發生部分重疊的問題。但是基于這些的算法的技術在面對大規模的傳感網絡需要用更長的搜索時間才能搜索到一個精確的解。然而在面對實時性的傳感網絡中，這些技術就沒辦法使用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于LSTM網絡的布拉格光纖光柵交錯光譜的解調方法，解決現有檢測技術在面對大型的傳感網絡時搜索時間長，求解精度不足的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于卷積網絡的布拉格光纖光柵交錯光譜的解調方法，包括如下步驟：

步驟S1:采集布拉格光纖光柵反射光譜數據以及對應的布拉格波長數據；

步驟S2:對得到布拉格光纖光柵反射光譜數據以及對應的布拉格波長數據進行預處理，得到訓練數據集和測試數據集；

步驟S3:根據訓練數據集，初始化訓練模型和模型權重；

步驟S4:根據訓練模型對測試數據集進行評估，若評估的效果沒有變化或者模型已經收斂則結束訓練，完成解調。

進一步的，所述步驟S1具體為：

步驟S11:傳感網絡在布拉格光纖光柵反射光譜上加上衰減器使得每個布拉格波長的反射譜具有不同的譜型；

步驟S12:通過3db光耦合器進入光譜分析儀,得到布拉格光纖光柵反射光譜數據以及對應的布拉格波長數據。

進一步的，所述步驟S2具體為：