[发明专利]基于退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种应用于分布式光纤扰动定位系统的偏振控制方法，其特征在于该方法的实现方式为：

在分布式光纤扰动定位系统中，将传感光纤一臂的光信号输入到偏振控制器中，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；

计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整模拟退火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偏振控制器挤压器上的电压值，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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的模拟退火算法的具体过程是：

偏振控制中使用的偏振控制器的两个挤压器，可以将该问题用以下函数描述：

C＝f(V₁，V₂)

其中V_i，i＝1，2分别为两个挤压器上所施加的电压值，C为此时对应的定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度；当C达到最大时的V_i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；

作为偏振控制的模拟退火算法的搜索过程如下：

(1)设置初始温度T₀，终止温度T_e，衰减系数α以及两路信号相关度的设定最优值C_m，其中初始温度T₀、终止温度T_e以及α的设置需要兼顾全局搜索性能和计算时间，并且α需满足条件：0＜α＜1；偏振控制器的状态用向量X＝(V₁，V₂)描述，它表示最优化问题C＝f(V₁，V₂)的一个解向量，随机生成一个初始解向量X₀＝(V₁₀，V₂₀)，并将与初始解向量X₀对应的两路信号的相关度C₀分别赋给当前最优解向量X_b与当前最优相关度C_b，设置当前退火温度T＝T₀；

(2)判断C_b和C_m的大小，若C_b≤C_m，则结束循环，输出最优解向量X_b与最优相关度C_b；若C_b＞C_m，则执行步骤(3)；

(3)设置内循环次数n，并置循环初值i为1；以当前最优解X_b作为圆心，根据(V_1k-V_1b)²+(V_2k-V_2b)²≤R²确定一半径为R的圆域，在圆域中取一任意解X_k，并求得与X_k对应两路信号的相关度C_k；

(4)判断C_k与C_b的大小，若C_k≤C_b，更新最优解向量X_b和当前最优相关度C_b，使得X_b＝X_k以及C_b＝C_k，并跳转到步骤(6)；若C_k＞C_b，则执行步骤(5)；

(5)计算概率P＝exp(-ΔC/T)，其中ΔC＝C_k-C_b，T为当前退火温度；随机产生一个0：1间的数a，若P≥a，则接受X_k为新的最优解X_b，否则继续以状态X_b迭代；更新内循环次数i＝i+1；若i＜n，则回到步骤2；若i≥n，则根据温度更新函数T_k+1＝αT_k更新当前温度使得T＝αT；

(6)判断当前温度T与终止温度T_e的关系，当T≥T_e时，回到步骤2；当T＜T_e时，程序终止，输出最优解向量X_b与最优相关度C_b。

3.一种实现权利要求1所述的方法的偏振控制系统，其特征在于该偏振控制系统包括：

基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器：用于产生干涉信号，进行扰动定位，偏振控制系统是在该传感器的基础上加上偏振控制器件实现的；

挤压型偏振控制器：拥有四个挤压方向成45°交错排列的挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个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；将偏振控制器加在上述基本分布式光纤传感器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；

LiNbO₃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，用于产生正弦相位调制，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；

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。