[发明专利]一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法

权利要求书

1.一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据FBG传感网的光栅光谱形状不变性原理，测量未受到应力时的反射光谱，表示出整个FBG传感网的反射光谱的数学表达式，并重构反射光谱的数学表达式，将入射光谱与反射光谱数学表达式的方差作为目标函数；

S2，采用粒子群算法对目标函数的解进行搜寻，得到最优解之前，每次粒子位置更新以后均采用改进模拟退火算法进行退火操作，避免求出的解陷入局部最优解；

S3，将得出的最优解作为FBG传感网中各FBG的反射光谱中心波长值。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的步骤S1包括以下步骤：

S11，依据每个FBG反射的独立光谱的数学表达式，表示出整个FBG传感网的反射光谱的数学表达式如下：

其中，R(λ)为整个FBG传感网的反射光谱，n为FBG传感网包含的光栅个数，R_i为第i条链中FBG的峰值反射率，g_i为第i条链中FBG反射的独立光谱数学表达式，λ为未知光栅的中心波长值，λ_Bi为第i条链中FBG的反射光中心波长；

S12，对R(λ)进行重构，得到重构反射光谱表达式如下：

其中，R_v(λ,x_Bi)为整个FBG传感网的重构反射光谱，x_Bi为重构光谱的反射光中心波长；

S13，确定目标函数如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的每个FBG反射的独立光谱采用高斯函数近似表达。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：

S21，给粒子群随机设置初始位置x₀和初始速度v₀，、设置初始温度T₀和粒子群数M和最大迭代步数D；

S22，将当前位置x₀代入目标函数，计算每个粒子的适应度f(x₀)，根据适应度搜寻个体最优解P_i和全局最优解g_best；

S23，更新所有的粒子的速度和位置，判断更新后的新解是否在解空间中，如果不满足则继续获取新解，粒子速度与位置更新公式如下：

其中，下标new表示更新后的参数，上标和下标表示旧的参数，c₁、c₂为学习因子，r₁、r₂为[0,1]内的随机数；

S24，利用Metropolis准则判断是否接受更新位置x_new的值，若接受，则x_new作为下一次迭代的x_old，若不接受，则摒弃x_new，然后进入步骤S25；

S25，判断当前解是否为最优解，若是，且满足终止条件，则输出粒子群中最优解并结束，否则进入步骤S26进行退火操作；

S26，利用下式进行退火操作：

其中，α为温度衰减速率，t为迭代步数，k为模拟退火算法计算出的温度T达到低温时的迭代步数值，μ为回温因子，0＜μ＜1，μ与T_t+1成反比关系；

S27，返回步骤S22。

5.根据权利要求4所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的步骤S26中，选取0.7≤α≤1.0。

6.根据权利要求4所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的步骤S26中，k为温度T下降速度低于设定速度时的迭代步数值。

7.根据权利要求4所述的一种基于改进模拟退火法的FBG传感网光谱解调方法，其特征在于，所述的学习因子c₁、c₂为非负常数，c1+c2>4。