[发明专利]基于遗传算法的光纤扰动系统的偏振控制方法及其装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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。

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：

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；