一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法技術

本發明專利技術公開了一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法，其方法為：步驟一、混沌初始化；步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cfbest

A new polarization control method for distributed optical fiber sensor

The invention discloses a novel polarization control method for a distributed optical fiber sensor. The method is as follows: Step 1, initialization of chaos; step two, treat the C value of each initial particle as an individual extreme value cfbest;

【技術實現步驟摘要】
一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法
本專利技術涉及一種光纖傳感器偏振控制方法，特別涉及一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法。
技術介紹
目前，由于單模光纖雙折射的影響，使得雙馬赫-澤德型分布式光纖振動傳感器的輸出信號將會發生偏振退化和偏振相位漂移的現象，并且偏振的退化會使得干涉信號的可見度下降，導致傳感器入侵檢測性能降低甚至是失效，偏振相位漂移則會使輸出信號時延改變，嚴重影響系統的定位功能。因此必須采取措施抑制偏振退化和偏振相位漂移現象，在這里我們要實現偏振控制，就需要我們根據目標函數不斷改變偏振控制器的輸入，但是由于外界環境處于緩慢變化和不確定的狀態，會讓偏振控制的初始偏振態和目標偏振態變成不可預知的，因此目標函數的形式是我們無法確定的，但若我們直接采用遍歷的方法進行最優值的搜尋，則會耗費大量的時間。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決偏振系統在進行偏振控制過程中所存在的諸多問題而提供的一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法。本專利技術提供的新型分布式光纖傳感器偏振控制方法，其方法如下所述：步驟一、混沌初始化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1的向量y1＝(y11，y12)，由yi+1j＝μyij(1-yij)，i＝1，2...，99...，j＝1，2，μ＝4，得到數個向量y1，y2，...y100...；將zi的各個分量載波到優化變量的取值范圍：xij＝aj+(bj-aj)yij，i＝1，2，...，99...，j＝1，2，ai，bj分別為輸入到擠壓器上電壓值的最小值和最大值；計算目標函數C，從數個初始群體中選擇C值最大的數個解作為初始解Xi＝(Vi1，Vi2)，i＝1,2,...,20...，并隨機產生數個初始速度vi,其中i＝1,2,...,20...；步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cxbesti0，初始解xi當做個體極值位置cxbesti0；根據各個粒子的個體極值cfbesti0，找出全局極值gfbest0和全局極值位置gxbest0；步驟三、對極值位置gxbest0＝(gx01，gx02)進行混沌優化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1之間的向量u0＝(u01，u02)；產生ui＝(ui1，ui2)，ui+1j＝4uij(1-uij)，j＝1，2將ui的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內，其中β為相對擠壓器上輸入電壓值較小的一個常數，擾動量Δxi＝(Δxi1，Δxi2)為Δxij＝-β+2βuij，u0＝u1；在解空間對混沌變量經歷的每一個可行解計算其C值，得到最優值cgf0j和與之對應的最優位置cgx0j，用cgx0j取代當前群體中任意一個粒子的位置；步驟四、根據公式vk+1＝covk+c1(cbestk-xk)+c2(gbestk-xk)，xk+1＝xk+vk+1更新粒子的速度和位置，其中c0,c1,c2為常數；步驟五、如果粒子C值優于個體極值cfbestik，cxbestik設置為新位置；步驟六、如果粒子C值優于全局極值cfbestik，cxbestik設置為新位置；步驟七、對最優位置cxbestk＝(gxk1，gxk2)進行混沌優化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1之間的向量u0＝(u01,u02)；產生ui+1j＝4uij(1-uij)，j＝1，2將ui的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內，擾動量Δxi＝(Δxi1，Δxi2)為Δxij＝-β+2βuij，u0＝u1；在解空間對混沌變量經歷的每一個可行解計算其C值，得到最優值cgfkj和最優位置cgfkj，用cgfkj取代當前群體中任意一個粒子的位置；步驟八、若最優值cgfkj小于設定的某個值，即滿足停止條件時，則搜索停止，輸出全局極值位置，即輸出兩擠壓器的最佳電壓值，否則返回步驟四。本專利技術的有益效果：混沌粒子群優化方法是一種解決全局優化問題的極好方法，該方法收斂速度快、易于實現并且不需要目標函數的梯度信息，因此基于混沌粒子群優化算法的偏振控制方法能夠進行高速穩定的偏振控制，從而保證雙馬赫-曾德型分布式光纖振動傳感器的長期穩定性。此優化方法將混沌引入粒子群算法，該算法具有極好的全局搜索能力。粒子群優化算法是模擬鳥群和魚群遷徙和聚集行為的進化算法，具有程序實現簡單、控制參數少的特點。混沌是一種普遍的非線性現象，其行為復雜且類似隨機，卻有精致的內在規律，在優化領域中混沌的遍歷性特點可以作為搜索過程中避免陷入局部極小的一種優化機制。該優化算法繼承了粒子群算法易于實現、收斂速度快、不需要目標函數的梯度信息等諸多優點，并引入混沌改進了粒子群算法存在的局部收斂、初始解群遠離最優解等不足，是解決全局優化問題的極好的方法。附圖說明圖1為偏振控制的混沌粒子群優化方法流程圖。圖2為偏振控制前后不同測試點的測試結果示意圖。具體實施方式請參閱圖1和圖2所示：激光光源采用波長1550nm、線寬小于50kHz的DenseLight公司的分布反饋式半導體激光器，經過衰減器之后的輸出為3.5mW，單模傳感光纜的長度為2.25km，其被直接敷設于周界圍欄上，采集卡的采樣率被設置為10MHz，偏振控制器采用MPD-001/PCD-M02，相位調制器采用調制常數為1.3/λrad/V，進行偏振控制方法的混沌粒子群優化算法，具體方法如下：步驟一、混沌初始化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1的向量y1＝(y11，y12)，由yi+1j＝μyij(1-yij)，i＝1，2...，99...，j＝1，2，μ＝4，得到100個向量y1，y2，...y100；將zi的各個分量載波到優化變量的取值范圍：xij＝aj+(bj-aj)yij，i＝1，2，...，99...，j＝1，2，ai，bj分別為輸入到擠壓器上電壓值的最小值和最大值；計算目標函數C，從數個初始群體中選擇C值最大的20個解作為初始解Xi＝(Vi1，Vi2)，i＝1,2,...,20，并隨機產生20個初始速度vi,其中i＝1,2,...,20；步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cfbesti0，初始解xi當做個體極值位置cxbesti0；根據各個粒子的個體極值cfbesti0，找出全局極值gfbest0和全局極值位置gxbest0；步驟三、對極值位置gxbest0＝(gx01，gx02)進行混沌優化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0～1之間的向量u0＝(u01，u02)；產生ui＝(ui1，ui2)，ui+1j＝4uij(1-uij)，j＝1，2將ui的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內，其中β為相對擠壓器上輸入電壓值較小的一個常數，擾動量Δxi＝(Δxi1，Δxi2)為Δxij＝-β+2βuij，u0＝u1在解空間對混沌變量經歷的每一個可行解計算其C值，得到最優值cgx0j和與之對應的最優位置cgx0j，用cgx0j取代當前群體中任意一個粒子的位置；步驟四、根據公式vk+1＝covk+c1(cbestk-xk)+c2(gbestk-xk)，xk+1＝xk+vk+1更新粒子的速度和位置，其中c0,c1,c2為常數；步驟五、如果粒子C值優于個體極值cfbestik，cxbestik設置為新位置；步驟六、如果粒子C值優于全局極值cfbestik，cxbestik設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法，其特征在于：其方法如下所述：步驟一、混沌初始化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0?1的向量y

【技術特征摘要】
1.一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法，其特征在于：其方法如下所述：步驟一、混沌初始化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1的向量y1＝(y11，y12)，由yi+1j＝μyij(1-yij)，i＝1，2...，99...，j＝1，2，μ＝4，得到數個向量y1，y2，...y100...；將zi的各個分量載波到優化變量的取值范圍：xij＝aj+(bj-aj)yij，i＝1，2，...，99...，j＝1，2，ai，bj分別為輸入到擠壓器上電壓值的最小值和最大值；計算目標函數C，從數個初始群體中選擇C值最大的數個解作為初始解Xi＝(Vi1，Vi2)，i＝1,2,...,20...，并隨機產生數個初始速度vi,其中i＝1,2,...,20...；步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cfbesti0，初始解xi當做個體極值位置cxbesti0；根據各個粒子的個體極值cfbesti0，找出全局極值gfbest0和全局極值位置gxbest0；步驟三、對極值位置gxbest0＝(gx01，gx02)進行混沌優化，隨機產生一個2維、每個分量數值在0-1之間的向量u0＝(u01，u02)；產生ui＝(ui1，ui2)，ui+1j＝4uij(1-uij)，j＝1，2將ui的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內，其中β為相對擠壓器上輸入電壓值較...

【專利技術屬性】
技術研發人員：江虹，王奉宇，王新遠，李進，邵向鑫，
申請(專利權)人：長春工業大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22