本發(fā)明涉及一種光纖傳感器偏振控制方法，特別涉及一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法。

背景技術(shù)：

目前，由于單模光纖雙折射的影響，使得雙馬赫-澤德型分布式光纖振動傳感器的輸出信號將會發(fā)生偏振退化和偏振相位漂移的現(xiàn)象，并且偏振的退化會使得干涉信號的可見度下降，導(dǎo)致傳感器入侵檢測性能降低甚至是失效，偏振相位漂移則會使輸出信號時延改變，嚴重影響系統(tǒng)的定位功能。因此必須采取措施抑制偏振退化和偏振相位漂移現(xiàn)象，在這里我們要實現(xiàn)偏振控制，就需要我們根據(jù)目標函數(shù)不斷改變偏振控制器的輸入，但是由于外界環(huán)境處于緩慢變化和不確定的狀態(tài)，會讓偏振控制的初始偏振態(tài)和目標偏振態(tài)變成不可預(yù)知的，因此目標函數(shù)的形式是我們無法確定的，但若我們直接采用遍歷的方法進行最優(yōu)值的搜尋，則會耗費大量的時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決偏振系統(tǒng)在進行偏振控制過程中所存在的諸多問題而提供的一種新型分布式光纖傳感器偏振控制方法。

本發(fā)明提供的新型分布式光纖傳感器偏振控制方法，其方法如下所述：

步驟一、混沌初始化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0-1的向量y₁＝(y₁₁，y₁₂)，由y_i+1j＝μy_ij(1-y_ij)，i＝1，2...，99...，j＝1，2，μ＝4，得到數(shù)個向量y₁，y₂，...y₁₀₀...；將zi的各個分量載波到優(yōu)化變量的取值范圍：x_ij＝a_j+(b_j-a_j)y_ij，i＝1，2，...，99...，j＝1，2，a_i，b_j分別為輸入到擠壓器上電壓值的最小值和最大值；計算目標函數(shù)C，從數(shù)個初始群體中選擇C值最大的數(shù)個解作為初始解X_i＝(V_i1，V_i2)，i＝1,2,...,20...，并隨機產(chǎn)生數(shù)個初始速度vi,其中i＝1,2,...,20...；

步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cxbest_i0，初始解x_i當做個體極值位置cxbest_i0；根據(jù)各個粒子的個體極值cfbest_i0，找出全局極值gfbest₀和全局極值位置gxbest₀；

步驟三、對極值位置gxbest₀＝(gx₀₁，gx₀₂)進行混沌優(yōu)化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0-1之間的向量u₀＝(u₀₁，u₀₂)；產(chǎn)生u_i＝(u_i1，u_i2)，u_i+1j＝4u_ij(1-u_ij)，j＝1，2將u_i的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內(nèi)，其中β為相對擠壓器上輸入電壓值較小的一個常數(shù)，擾動量Δx_i＝(Δx_i1，Δx_i2)為Δ_xij＝-β+2βu_ij，u₀＝u₁；在解空間對混沌變量經(jīng)歷的每一個可行解計算其C值，得到最優(yōu)值cgf_0j和與之對應(yīng)的最優(yōu)位置cgx_0j，用cgx_0j取代當前群體中任意一個粒子的位置；

步驟四、根據(jù)公式

v_k+1＝c_ov_k+c₁(cbest_k-x_k)+c₂(gbest_k-x_k)，x_k+1＝x_k+v_k+1更新粒子的速度和位置，其中c₀,c₁,c₂為常數(shù)；

步驟五、如果粒子C值優(yōu)于個體極值cfbest_ik，cxbest_ik設(shè)置為新位置；

步驟六、如果粒子C值優(yōu)于全局極值cfbest_ik，cxbest_ik設(shè)置為新位置；

步驟七、對最優(yōu)位置cxbest_k＝(gx_k1，gx_k2)進行混沌優(yōu)化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0-1之間的向量u₀＝(u₀₁,u₀₂)；產(chǎn)生u_i+1j＝4u_ij(1-u_ij)，j＝1，2將u_i的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內(nèi)，擾動量Δx_i＝(Δx_i1，Δx_i2)為Δx_ij＝-β+2βu_ij，u₀＝u₁；在解空間對混沌變量經(jīng)歷的每一個可行解計算其C值，得到最優(yōu)值cgf_kj和最優(yōu)位置cgf_kj，用cgf_kj取代當前群體中任意一個粒子的位置；

步驟八、若最優(yōu)值cgf_kj小于設(shè)定的某個值，即滿足停止條件時，則搜索停止，輸出全局極值位置，即輸出兩擠壓器的最佳電壓值，否則返回步驟四。

本發(fā)明的有益效果：

混沌粒子群優(yōu)化方法是一種解決全局優(yōu)化問題的極好方法，該方法收斂速度快、易于實現(xiàn)并且不需要目標函數(shù)的梯度信息，因此基于混沌粒子群優(yōu)化算法的偏振控制方法能夠進行高速穩(wěn)定的偏振控制，從而保證雙馬赫-曾德型分布式光纖振動傳感器的長期穩(wěn)定性。

此優(yōu)化方法將混沌引入粒子群算法，該算法具有極好的全局搜索能力。粒子群優(yōu)化算法是模擬鳥群和魚群遷徙和聚集行為的進化算法，具有程序?qū)崿F(xiàn)簡單、控制參數(shù)少的特點?；煦缡且环N普遍的非線性現(xiàn)象，其行為復(fù)雜且類似隨機，卻有精致的內(nèi)在規(guī)律，在優(yōu)化領(lǐng)域中混沌的遍歷性特點可以作為搜索過程中避免陷入局部極小的一種優(yōu)化機制。

該優(yōu)化算法繼承了粒子群算法易于實現(xiàn)、收斂速度快、不需要目標函數(shù)的梯度信息等諸多優(yōu)點，并引入混沌改進了粒子群算法存在的局部收斂、初始解群遠離最優(yōu)解等不足，是解決全局優(yōu)化問題的極好的方法。

附圖說明

圖1為偏振控制的混沌粒子群優(yōu)化方法流程圖。

圖2為偏振控制前后不同測試點的測試結(jié)果示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1和圖2所示：

激光光源采用波長1550nm、線寬小于50kHz的DenseLight公司的分布反饋式半導(dǎo)體激光器，經(jīng)過衰減器之后的輸出為3.5mW，單模傳感光纜的長度為2.25km，其被直接敷設(shè)于周界圍欄上，采集卡的采樣率被設(shè)置為10MHz，偏振控制器采用MPD-001/PCD-M02，相位調(diào)制器采用調(diào)制常數(shù)為1.3/λrad/V，進行偏振控制方法的混沌粒子群優(yōu)化算法，具體方法如下：

步驟一、混沌初始化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0-1的向量y₁＝(y₁₁，y₁₂)，由y_i+1j＝μy_ij(1-y_ij)，i＝1，2...，99...，j＝1，2，μ＝4，得到100個向量y₁，y₂，...y₁₀₀；將zi的各個分量載波到優(yōu)化變量的取值范圍：x_ij＝a_j+(b_j-a_j)y_ij，i＝1，2，...，99...，j＝1，2，a_i，b_j分別為輸入到擠壓器上電壓值的最小值和最大值；計算目標函數(shù)C，從數(shù)個初始群體中選擇C值最大的20個解作為初始解X_i＝(V_i1，V_i2)，i＝1,2,...,20，并隨機產(chǎn)生20個初始速度vi,其中i＝1,2,...,20；

步驟二、將各個初始粒子的C值當做個體極值cfbest_i0，初始解x_i當做個體極值位置cxbest_i0；根據(jù)各個粒子的個體極值cfbest_i0，找出全局極值gfbest₀和全局極值位置gxbest₀；

步驟三、對極值位置gxbest₀＝(gx₀₁，gx₀₂)進行混沌優(yōu)化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0～1之間的向量u₀＝(u₀₁，u₀₂)；產(chǎn)生u_i＝(u_i1，u_i2)，u_i+1j＝4u_ij(1-u_ij)，j＝1，2將u_i的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內(nèi)，其中β為相對擠壓器上輸入電壓值較小的一個常數(shù)，擾動量Δx_i＝(Δx_i1，Δx_i2)為Δx_ij＝-β+2βu_ij，u₀＝u₁在解空間對混沌變量經(jīng)歷的每一個可行解計算其C值，得到最優(yōu)值cgx_0j和與之對應(yīng)的最優(yōu)位置cgx_0j，用cgx_0j取代當前群體中任意一個粒子的位置；

步驟四、根據(jù)公式

v_k+1＝c_ov_k+c₁(cbest_k-x_k)+c₂(gbest_k-x_k)，x_k+1＝x_k+v_k+1更新粒子的速度和位置，其中c₀,c₁,c₂為常數(shù)；

步驟五、如果粒子C值優(yōu)于個體極值cfbest_ik，cxbest_ik設(shè)置為新位置；

步驟六、如果粒子C值優(yōu)于全局極值cfbest_ik，cxbest_ik設(shè)置為新位置；

步驟七、對最優(yōu)位置cxbest_k＝(gx_k1，gx_k2)進行混沌優(yōu)化，隨機產(chǎn)生一個2維、每個分量數(shù)值在0～1之間的向量u₀＝(u₀₁,u₀₂)；產(chǎn)生u_i+1j＝4u_ij(1-u_ij)，j＝1，2將u_i的各個分量載波到混沌擾動范圍[-β,β]內(nèi)，擾動量Δx_i＝(Δx_i1，Δx_i2)為Δx_ij＝-β+2βu_ij，u₀＝u₁；在解空間對混沌變量經(jīng)歷的每一個可行解計算其C值，得到最優(yōu)值cgf_kj和最優(yōu)位置cgx_kj，用cgx_kj取代當前群體中任意一個粒子的位置；

步驟八、若最優(yōu)值cgf_kj小于設(shè)定的某個值，即滿足停止條件時，則搜索停止，輸出全局極值位置，即輸出兩擠壓器的最佳電壓值，否則返回步驟四。

測試的偏振定位結(jié)果如圖2所示，偏振控制的運行時間小于2s，并且大多分布在0.2-1s之間。表明偏振控制能夠在0.185-1.990s內(nèi)完成，其運行時間的平均值和標準差分別為0.4917s和0.3367s。一般來說，系統(tǒng)偏振態(tài)變化較為緩慢，偏振控制的時間間隔遠大于偏振控制的運行時間，因此本發(fā)明提出的偏振控制方法幾乎不會影響到系統(tǒng)的入侵檢測和定位，已達到優(yōu)化的目的。