基于遗传算法的光纤扰动系统的偏振控制方法及其装置

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。

主权项

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；其中，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：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，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：(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＝0；(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C_Best；(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_c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，产生两个新的子代染色体，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P_m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C_Best的适应值，则以该最大适应值对应的染色体替代C_Best；(7)当前进化代数Generation加1；如果Generation超过规定的最大进化代数或适应值最大的染色体C_Best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；否则返回上述过程(3)。