基于遗传算法的光纤扰动系统的偏振控制方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于遗传算法的分布式光纤扰动定位系统偏振控制方法，在偏振控制中，采用遗传算法作为控制算法，并利用挤压型偏振控制器对干涉光波偏振态进行调制。以分布式光纤扰动定位系统中探测器接收的两路干涉信号之间的相关度作为反馈信号，利用遗传算法搜索两路信号相关度最大时对应的挤压型偏振控制器外加电压值。所涉及到的偏振控制系统包括基于双马赫-曾德干涉仪原理的分布式光纤扰动传感系统，挤压型偏振控制器，铌酸锂双折射相位调制器，单片机系统和计算机。本发明分布式光纤扰动定位系统偏振控制方法，通过调整干涉光的偏振态，能够有效地提高系统的抗偏振衰落能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统定位精度的影响。
【专利说明】基于遗传算法的光纤扰动系统的偏振控制方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于传感及检测【技术领域】，尤其涉及一种光纤扰动系统的偏振控制系统。【背景技术】
[0002]随着科技的发展与人们安防意识的增强，研制一种探测范围大、能耗小、成本低的周界安全系统成为一个必须且迫切需要解决的问题。分布式光纤振动传感系统凭借其灵敏度高，抗电磁干扰，无需供电等优点，在军事防御、金融防护、能源安全、社区安保等安防领域已有了广泛的应用，并且在未来还将有着广大的应用前景。
[0003]由于光波产生干涉的必要条件之一就是参与干涉的光矢量振动方向相同，即有相同的偏振方向分量。实际扰动系统采用的光纤为普通单模光纤，由于单模光纤的双折射特性，光波进入光纤后偏振态会发生改变，导致线偏光的偏振态退化。在传感领域，这会导致干涉条纹可见度降低，甚至干涉条纹消失，于是使系统对扰动的定位精度大大下降。
[0004]使用保偏光纤虽然能保持光的偏振态不变，但由于分布式光纤振动传感系统的光纤敷设距离一般都长达几十公里，使用保偏光纤会使系统成本过高。因此，在实际应用中，我们必须采取一种恰当的手段对抗系统中光的偏振退化，补偿光的偏振态改变，从而尽可能地消除单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于遗传算法的偏振控制方法，用该方法调整分布式光纤振动传感系统一臂中的信号光偏振态，可以尽量保持系统两臂中的信号光偏振态一致，从而提高系统的定位精度。
[0006]本发明一种基于遗传算法的分布式光纤扰动定位系统偏振控制方法，在分布式光纤扰动定位系统中，给传感系统一臂上的相位调制器施加一定频率和幅值的正弦波，作为参考信号，将传感光纤另一臂的光信号输入到挤压型偏振控制器中，经过挤压型偏振控制器偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，用一数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机；计算机判断两个光电探测器接收的两路信号的差值是否大于所设定的阈值，若两路信号的差值大于该阈值，则计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度，调整遗传算法中各染色体的基因值，即通过单片机系统改变各染色体对应的外加到光纤挤压器上的电压值，对挤压型偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。
[0007]进一步讲，计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整遗传算法中各染色体的基因值的具体过程是:
[0008]通过改变输入到挤压型偏振控制器两个光纤挤压器上的电压控制光信号的偏振态，将一组两个电压值表示为一个染色体C = (V1, V2),将该组两个电压值输入到挤压型偏振控制器的光纤挤压器上时分布式光纤扰动定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度表示为该染色体对应的适应值，并用以下函数描述:[0009]Eval (C) = f (V1, V2)
[0010]其中，V1, V2分别为两个光纤挤压器上所施加的电压值，C = (V1, V2)为该组电压值所表示的染色体，Eval (C)表示该染色体对应的适应值；当Eval (C)达到最大时，所对应的V1, V2值为最佳电压值；从而实现偏振控制；作为偏振控制的遗传算法的搜索过程如下:
[0011](I)初始化规模为50的群体，其中染色体每个基因的值采用随机数产生器生成并满足每个基因的值所对应的电压的范围；当前进化代数Generation = O ；
[0012](2)采用评估函数对群体中所有染色体进行评价，分别计算每个染色体的适应值，保存适应值最大的染色体CBest ；
[0013](3)采用轮盘赌选择算法对群体的染色体进行选择操作，产生规模同样为50的种群;
[0014](4)按照交差概率P。从种群中选择染色体进行交配；每两个进行交配的附父代染色体，交换部分基因，产生两个新的自带染色体，子代染色体取代父代染色体进入新种群；没有进行交配的染色体直接复制进入新种群；
[0015](5)按照变异概率Pm对新种群中染色体的基因进行变异操作；发生变异的基因数值发生改变；变异后的染色体取代原有染色体进入新群体，未发生变异的染色体直接进入新群体；
[0016](6)变异后的新群体取代原有群体，重新计算群体中各个染色体的适应值；倘若群体的最大适应值大于适应值最大的染色体C8est的适应值,则以该最大适应值对应的染色
体替代cBest ；
[0017](7)当前进化代数Generation加I ;如果Generation超过规定的最大进化代数或适应值最大的染色体CBest达到规定的误差要求，即最大适应度值和平均适应度值变化不大、趋于稳定时，搜索过程结束；否则返回上述步骤(3)。
[0018]实现上述偏振控制方法的偏振控制装置，包括基于双马赫-曾德光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器，基本分布式光纤传感器的一路传感光纤上设有挤压偏振控制器，另一路传感光纤上设有铌酸锂双折射相位调制器；所述基本分布式光纤传感器用于产生干涉信号，进行扰动定位；所述挤压型偏振控制器包括四个挤压方向成45°交错排列的光纤挤压器，通过调制所述挤压型偏振控制器所在一路光信号的偏振态实现偏振控制；即使用挤压型偏振控制器中的前两个光纤挤压器，通过对该两个光纤挤压器施加不同组合的电压对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波；所述铌酸锂双折射相位调制器用于产生参考信号，通过外加正弦电压对经过铌酸锂双折射相位调制器的光波产生正弦相位调制，相位调制信号经过双马赫-曾德光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感器中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等；数据采集卡:对两个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理；计算机:通过在计算机中的程序实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到挤压型偏振控制器和铌酸锂双折射相位调制器；单片机系统:通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020]目前，大部分的分布式光纤扰动定位系统由于没有进行偏振控制，导致定位精度较差。本发明提出了一种用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制方法。利用该方法能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。本方法所使用的遗传算法是一种在非线性规划问题中求取全局最优解的方法，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度，能有效地解决原来基于梯度法的假收敛问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是分布式光纤扰动定位系统构造示意图；
[0022]图2是图1所示分布式光纤扰动定位系统的定位原理图；
[0023]图3是图1所示分布式光纤扰动定位系统采集的未进行偏振控制的两路信号；
[0024]图4是偏振控制之后分布式光纤扰动定位系统采集的两路信号；
[0025]图5是本发明基于遗传算法的光纤扰动系统偏振控制系统构造图；
[0026]图6是本发明基于遗传算法的光纤扰动系统偏振控制算法搜索示意图。
[0027]图中:
[0028]1、9_激光器2、10-第一稱合器3、11-第一光环形器
[0029]4、12-第二光环形器 5、13-第二耦合器6、14-第三耦合器
[0030]7a、7b_传感光纤 8a、18a_第一光电探测器
[0031]8b、18b_第二光电探测器15-偏振控制器 16_LiNb03双折射相位调制器
[0032]17-传感光缆19-单片机系统 20-计算机
[0033]21-数据采集卡
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
[0035]如图1所不,传统的分布式光纤扰动定位系统通常包括激光器1、第一稱合器2、第一光环形器3、第二光环形器4、第二稱合器5、第三稱合器6、传感光纤7a、传感光纤7b、第一光电探测器8a、第二光电探测器Sb。其工作原理是基于双马赫-曾德光纤干涉仪原理，利用光缆中的两条单模光纤构成马赫-曾德光纤干涉仪的两个传感光纤7a、7b来感应光缆周围的扰动信号。两路传感光纤7a、7b同时传播方向相反的两组光波,光缆周围的扰动能够对光纤中传播的光波相位进行调制，从而对干涉信号进行调制，相位经过调制的两束光在耦合器中发生干涉，干涉光分别经过第一、第二环形器3、4输出到第一光电探测器8a和第二光电探测器Sb。由于扰动发生位置到分布式传感器两端的第一光电探测器8a和第二光电探测器8b的距离不同，而光波在光纤中的传播速度是一定的，因此根据两个光电探测器检测到同一事件的时间差，即可精确定位出事件发生的地点。定位原理如图2所示。设分布式光纤扰动定位系统的两个光电探测器检测到同一扰动事件的时间分别为\和t2，Δ t=trt2, L为传感光缆的长度，X为扰动点距离第二耦合器5的位置，其定位公式为
L — v(/t — ?’)
[0036]X = —^—
2
[0037]式中，V为光波在单模光纤中的传播速度，单位m/s，其中V = c/n，c是光在真空中的速度(3 X 108ms)，η是光纤的折射率。[0038]遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局最优化概率搜索算法。遗传算法适用于多维空间中的寻优过程，具有较好的全局最优值搜索性能和较高的收敛速度。遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架，它不依赖于问题的具体领域，对问题的种类有很强的鲁棒性，广泛应用于众多领域。
[0039]偏振控制的反馈控制，事实是在波片相移解空间对光强这一目标函数进行寻优。基于此，本发明构想利用遗传算法进行延迟量控制型偏振控制器的偏振态控制。在由多个波片延迟量所构成的解空间，一个固定方向的输出偏振态光强具有许多鞍点，利用遗传算法全局收敛性应能有效的解决原来基于梯度法的假收敛问题。
[0040]本发明基于遗传算法的光纤扰动系统偏振控制方法，通过控制挤压光纤型偏振控制器对光信号偏振态进行控制，在偏振控制中，以分布式光纤振动传感系统中两探测器接收的两路信号作为输入，利用遗传算法搜索两路信号差值最小时对应的偏振控制器外加电压值。
[0041]在偏振控制中以分布式光纤振动传感系统中两探测器接收的两路信号的差值(两路信号差值越小，相似性越好，相关度越高)作为反馈信号，即算法的目标值，因此目标函数的最佳解为两路信号差值最小时对应的偏振控制器的外加电压值。两路信号差值在算法的作用下趋于最小，当两路信号差值满足迭代终止条件时停止搜索，并把最佳解对应的电压值写入偏振控制器，从而完成偏振控制过程。
[0042]本发明基于遗传算法的光纤扰动系统偏振控制方法，主要包括:
[0043]首先，在分布式光纤扰动定位系统中，给传感系统一臂上的相位调制器施加一定频率和幅值的正弦波，作为参考信号，将传感光纤另一臂的光信号输入到挤压型偏振控制器中，经过挤压型偏振控制器偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，用一数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机；
[0044]然后，计算机判断两个光电探测器接收的两路信号的差值是否大于所设定的阈值，若两路信号的差值大于该阈值(可以根据调整精度确定该阈值为0.01?0.1)，则计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度，调整遗传算法中各染色体的基因值，即通过单片机系统改变各染色体对应的外加到光纤挤压器上的电压值，对挤压型偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。
[0045]通过上述方法调整系统中干涉光的偏振态，能够有效抑制数据的偏振误差，有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响，从而提闻系统对扰动的定位精度。
[0046]本发明光纤扰动系统偏振控制方法中，计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整遗传算法中各染色体的基因值的具体过程是:
[0047]偏振控制中通过改变输入到挤压型偏振控制器两个光纤挤压器上的电压控制光信号的偏振态，因此可以将一组两个电压值表示为一个染色体C = (V1, V2),将该组两个电压值输入到光纤挤压器上时分布式光纤扰动定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度表示为该染色体对应的适应值，可以将该问题用以下函数描述:
[0048]Eval (C) = f (V1, V2)
[0049]其中，V1J2分别为两个光纤挤压器上所施加的电压值，C = (V1, V2)为该组电压值所表示的染色体，Eval (C)表示该染色体对应的适应值；当Eval (C)达到最大时，所对应的V1, V2值为最佳电压值，此时系统处于最佳工作状态，从而实现了偏振控制，提高了系统的定位精度。
[0050]作为偏振控制的遗传算法的搜索过程如下:
[0051](I)初始化规模为50的群体，其中染色体每个基因的值采用随机数产生器生成并满足每个基因的值所对应的电压的范围；当前进化代数Generation = O ；
[0052](2)采用评估函数对群体中所有染色体进行评价，分别计算每个染色体的适应值，保存适应值最大的染色体CBest ；
[0053](3)采用轮盘赌选择算法对群体的染色体进行选择操作，产生规模同样为50的种群;
[0054](4)按照交差概率P。从种群中选择染色体进行交配；每两个进行交配的附父代染色体，交换部分基因，产生两个新的自带染色体，子代染色体取代父代染色体进入新种群；没有进行交配的染色体直接复制进入新种群；
[0055](5)按照变异概率Pm对新种群中染色体的基因进行变异操作；发生变异的基因数值发生改变；变异后的染色体取代原有染色体进入新群体，未发生变异的染色体直接进入新群体；
[0056](6)变异后的新群体取代原有群体，重新计算群体中各个染色体的适应值；倘若群体的最大适应值大于适应值最大的染色体C8est的适应值,则以该最大适应值对应的染色
体替代cBest ；
[0057](7)当前进化代数Generation加I ;如果Generation超过规定的最大进化代数或适应值最大的染色体CBest达到规定的误差要求，即最大适应度值和平均适应度值变化不大、趋于稳定时，搜索过程结束；否则返回上述步骤(3)。
[0058]实现本发明基于遗传算法的光纤扰动系统偏振控制方法的偏振控制装置，该偏振控制装置包括基于双马赫-曾德光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器，基本分布式光纤传感器的一路传感光纤上设有挤压偏振控制器，另一路传感光纤上设有铌酸锂双折射相位调制器；该基本分布式光纤传感器用于产生干涉信号，进行扰动定位，本发明偏振控制装置是在该传感器的基础上加上偏振控制器件实现的。
[0059]所述挤压型偏振控制器包括四个挤压方向成45°交错排列的光纤挤压器，本发明的控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个光纤挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波。
[0060]铌酸锂双折射相位调制器:用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感器的与偏振控制器所在端对应的传感光纤另一路，通过外加正弦电压对经过铌酸锂双折射相位调制器的光波产生正弦相位调制，相位调制信号经过双马赫-曾德光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感器中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等。
[0061]数据采集卡:对两个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理。
[0062]计算机:通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到挤压型偏振控制器和铌酸锂双折射相位调制器。[0063]单片机系统:通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。
[0064]实施例1:用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制装置
[0065]如图5所示，该偏振控制装置包括基于双马赫-曾德光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器，所述基本分布式光纤传感器包括:激光器9、第一稱合器10、第二稱合器13和第三率禹合器14、第一光环形器11和第二光环形器12、传感光缆17、第一光电探测器18a和第二光电探测器18b,在传感光缆17的一路传感光纤上设有挤压偏振控制器15,另一路传感光纤上设有铌酸锂双折射相位调制器16 ；
[0066]所述挤压型偏振控制器15:拥有四个挤压方向成45°交错排列的光纤挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个光纤挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波。将偏振控制器加在基本分布式光纤传感系统传感光纤的其中一路，通过调制该路光信号的偏振态实现偏振控制；
[0067]所述铌酸锂双折射相位调制器16:用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感系统的与偏振控制器所在端对应的传感光纤另一路，通过外加正弦电压对经过铌酸锂双折射相位调制器的光波产生正弦相位调制，相位调制信号经过双Mach-Zehnder光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感系统中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等；
[0068]所述数据采集卡(DAQ Card) 21:对两个光电探测器18a和18b的电压信号进行采集，并送入计算机处理。
[0069]所述计算机(PC)20:通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到偏振控制器和相位调制器。
[0070]所述单片机系统(SCM) 19:通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。
[0071]实施例2:偏振控制方法
[0072]两束光产生干涉的重要条件之一就是参与干涉的光为线偏光且偏振方向一致，分布式光纤扰动定位系统的定位算法就是基于同偏振方向线偏光干涉的假设上展开的。分布式光纤扰动定位系统主要用于周界防护、地震监测等，所用光纤长达数十公里甚至上百公里，若应用保偏光纤及其相应配套元件将非常昂贵，基于成本方面的考虑该系统所使用的传感光纤均为普遍使用的单模光纤。普通单模光纤由于几何形状弯曲、周围温度变化等随机因素，以及其他非随机误差的影响，都会引起光纤双折射，从而造成线偏光在普通单模光纤中传输时偏振态发生变化，导致线偏光的偏振态退化。偏振态退化不仅会影响干涉输出信号质量，而且严重影响整个系统的定位精度。
[0073]图3所示为分布式光纤扰动定位系统未进行偏振控制时所采集的两路信号，图中所示的两路信号相差很大，完全看不出两路信号的联系。对位置128.6m处的点施加扰动，定位结果从174.9m到360m随机分布，与实际位置的最大偏差达到231.4m,平均偏差达到175.9m，完全偏离了实际位置。调整偏振态之后的两路信号状态如图4所示，此时两路信号基本一致。同样对位置128.6m处的扰动进行定位，定位结果由123.4m到133.7m，与实际位置的最大偏差为5.2m，平均偏差为1.6m，定位精度显著上升。[0074]因此，在实际应用的分布式光纤扰动定位系统中必须对干涉光采取偏振控制，补偿干涉光偏振态的变化，从而提闻整个系统的抗偏振裳落能力，提闻系统的定位精度。
[0075]如图5所不,将传感光纤一臂的光信号输入到偏振控制器15中，经过偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机。
[0076]计算机内部软件的遗传算法根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整混沌粒子群优化算法中各粒子的位置向量，即改变各位置向量对应的外加到光纤挤压器上的电压值。对偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。
[0077]下面根据图5所示的系统，结合图6所示的搜索流程，说明遗传算法的编码方法，并通过实验说明该控制方法对系统定位精度的影响。
[0078]1、应用遗传算法，需要解决问题解的表示，即染色体的编码方式，染色体编码方式确定是否得当会对接下来染色体的交配和变异操作构成影响，下面介绍求解该问题的遗传算法的构造过程:。
[0079]I)确定决策变量及其约束条件
[0080]该方法中，Vi, i = 1,2分别为两个光纤挤压器上所施加的电压值，即决策变量，其约束条件为O≤Vi≤4095, i = 1,2 ；
[0081]2)建立优化模型
[0082]max Eval (C) = f (V1, V2)
[0083]3)确定编码方法
[0084]用长度为12位的二进制编码串来分别表示两个决策变量V1,\。
[0085]12位二进制编码串可以表示从O到4095之间的4096个不同的数，故V1, V2的定义域为包括两个端点在内的4096个不同的离散点，依次对应于000000000000(0)到111111111111(4095)之间的二进制编码。再将分别表示V1和V2的两个12位长的二进制编码串连接在一起，组成一个24位长的二进制编码串，它就构成了这个函数优化问题的染色体编码方法。例如:C:000011011100110111000100，就表示一个个体的基因型，分别代表V1 = 220，V2 = 3524。
[0086]4)设计遗传算子，选择运算使用轮盘赌选择算法，交叉运算使用单点交叉算子，变异运算使用基本位变异算子。
[0087]5)确定遗传算法的运行参数。
[0088]对于本例，设定基本的遗传算法的运行参数如下:
[0089]群体大小:M = 50
[0090]终止代数:T = 200
[0091]交叉概率:Pc= 0.6
[0092]变异概率:Pm= 0.001。
[0093]2、该控制方法对系统定位精度的影响:
[0094]表一基于遗传算法的偏振控制对系统定位精度的影响实验数据(单位:m)
[0095]
【权利要求】
1.一种基于遗传算法的分布式光纤扰动定位系统偏振控制方法，其特征在于， 在分布式光纤扰动定位系统中，给传感系统一臂上的相位调制器施加一定频率和幅值的正弦波，作为参考信号，将传感光纤另一臂的光信号输入到挤压型偏振控制器中，经过挤压型偏振控制器偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，用一数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机； 计算机判断两个光电探测器接收的两路信号的差值是否大于所设定的阈值，若两路信号的差值大于该阈值，则计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度，调整遗传算法中各染色体的基因值，即通过单片机系统改变各染色体对应的外加到光纤挤压器上的电压值，对挤压型偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。
2.根据权利要求1所述基于遗传算法的分布式光纤扰动定位系统偏振控制方法，其特征在于，计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整遗传算法中各染色体的基因值的具体过程是: 通过改变输入到挤压型偏振控制器两个光纤挤压器上的电压控制光信号的偏振态，将一组两个电压值表示为一个染色体C = (V1, V2)，将该组两个电压值输入到挤压型偏振控制器的光纤挤压器上时分布式光纤扰动定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度表示为该染色 体对应的适应值，并用以下函数描述:
Eval (C) = f (V1, V2) 其中，VpV2分别为两个光纤挤压器上所施加的电压值，C= (V1, V2)为该组电压值所表示的染色体，Eval (C)表示该染色体对应的适应值；当Eval (C)达到最大时，所对应的V1, V2值为最佳电压值；从而实现偏振控制； 作为偏振控制的遗传算法的搜索过程如下: (1)初始化规模为50的群体，其中染色体每个基因的值采用随机数产生器生成并满足每个基因的值所对应的电压的范围；当前进化代数Generation = O ； (2)采用评估函数对群体中所有染色体进行评价，分别计算每个染色体的适应值，保存适应值最大的染色体CBest ； (3)采用轮盘赌选择算法对群体的染色体进行选择操作，产生规模同样为50的种群； (4)按照交差概率P。从种群中选择染色体进行交配；每两个进行交配的附父代染色体，交换部分基因，产生两个新的自带染色体，子代染色体取代父代染色体进入新种群；没有进行交配的染色体直接复制进入新种群； (5)按照变异概率Pm对新种群中染色体的基因进行变异操作；发生变异的基因数值发生改变；变异后的染色体取代原有染色体进入新群体，未发生变异的染色体直接进入新群体； (6)变异后的新群体取代原有群体，重新计算群体中各个染色体的适应值；倘若群体的最大适应值大于适应值最大的染色体C8est的适应值,则以该最大适应值对应的染色体替代 CBest ； (7)当前进化代数Generation加I;如果Generation超过规定的最大进化代数或适应值最大的染色体CBest达到规定的误差要求，即最大适应度值和平均适应度值变化不大、趋于稳定时，搜索过程结束；否则返回上述步骤(3)。
3.一种实现权利要求1所述的偏振控制方法的偏振控制装置，其特征在于，包括基于双马赫-曾德光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器，基本分布式光纤传感器的一路传感光纤上设有挤压偏振控制器，另一路传感光纤上设有铌酸锂双折射相位调制器； 所述基本分布式光纤传感器用于产生干涉信号，进行扰动定位； 所述挤压型偏振控制器包括四个挤压方向成45°交错排列的光纤挤压器，通过调制所述挤压型偏振控制器所在一路光信号的偏振态实现偏振控制；即使用挤压型偏振控制器中的前两个光纤挤压器，通过对该两个光纤挤压器施加不同组合的电压对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波； 所述铌酸锂双折射相位调制器用于产生参考信号，通过外加正弦电压对经过铌酸锂双折射相位调制器的光波产生正弦相位调制，相位调制信号经过双马赫-曾德光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收； 数据采集卡:对两个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理； 计算机:通过在计算机中的程序实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到挤压型偏振控制器和铌酸锂双折射相位调制器； 单片机系统:通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。
【文档编号】G05B13/04GK103995468SQ201410226340
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】刘琨, 刘铁根, 陈沁楠, 江俊峰, 丁振扬, 潘亮, 李玉, 马春宇 申请人:天津大学