[發明專利]一種基于改進型隨機并行梯度下降算法的光纖耦合方法

在審

• 申請號: 201910144363.5
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109782392A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 胡欽濤;毛耀;周國忠;喬琦;聶康;周翕;李志俊;張超;段倩文;何秋農
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于改進型隨機并行梯度下降算法的光纖耦合方法，旨在解決傳統光纖耦合使用并行梯度下降算法收斂速度過慢和穩定性差的問題。該方法首先對光纖耦合的控制量同時施加隨機擾動{δu_i}，然后計算施加擾動后的目標函數光功率J改變量，進而得到目標函數的近似梯度grad_l⁽ⁿ⁾＝δJδu_l⁽ⁿ⁾，通過計算近似梯度的一階矩和二階矩，得到解決隨機并行梯度下降算法的自適應增益，以替代隨機并行梯度算法的固定增益，用來迭代更新控制量，最終達到使并行梯度下降算法跳出局部，加快收斂和增加算法穩定性的能力。

技術領域

本發明屬于光通信技術研究領域，尤其涉及一種基于改進型隨機并行梯度下降算法的光纖耦合方法。

背景技術

自由空間光通信(Free Space Optical Communication)作為一種新興的通信技術，由于其高帶寬，高保密性，無頻段許可等優點成為研究熱點。隨著光纖技術的不斷發展，光纖技術及器件越來越多的被應用到激光通信系統中，極大的提高了激光通信端機的性能和靈活度,在實際外場通信中，如果接收端平臺抖動或光束由于大氣湍流等因素發生抖動，會造成遠場光斑與光纖模場的失配，導致光纖耦合效率降低，影響通信質量。傳統使用SPGD方法優化光纖耦合效率，但是其存在收斂效果嚴重依賴于當前隨機數的好壞，存在收斂速度過慢，容易陷入局部最優、算法穩定性差以及對參數敏感等問題，限制了其發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于改進型隨機并行梯度下降算法的光纖耦合方法，以解決現有光纖耦合使用隨機并行梯度下降算法收斂速度慢和算法不穩定的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種基于改進型隨機并行梯度下降算法的光纖耦合方法，包括以下步驟：

步驟1、首先對光纖耦合的所有傾斜鏡控制量同時施加隨機擾動{δu_i}，并計算目標函數的改變量δJ，其中隨機擾動{δu_l}需要滿足貝努利分布。更新公式如下：

δJ＝J(u₁+δu₁,...u_j+δu_j,...u_N+δu_N)-J(u₁,..,u_N)

步驟2、計算得到目標函數的近似梯度grad_l⁽ⁿ⁾＝δJδu_l⁽ⁿ⁾；

步驟3、通過計算近似梯度的一階矩和二階矩，得到自適應隨機并行梯度下降算法的自適應步長，用來迭代更新控制量；所采用近似梯度的一階矩和二階矩更新方式按照如下規則進行：

t＝t+1

m_l⁽ⁿ⁺¹⁾＝β₁m_l⁽ⁿ⁾+(1-β₁)grad_l⁽ⁿ⁾

v_l⁽ⁿ⁺¹⁾＝β₂v⁽ⁿ⁾+(1-β₂)·grad_l⁽ⁿ⁾·grad_l⁽ⁿ⁾

上式中，t為迭代次數，m近似梯度為一階矩，v為近似梯度二階矩。β₁和β₂分別是一階矩和二階矩的參數，μ為學習率；