文档介绍：第32卷,第4期光谱学与光谱分析 ,,pp915920
2012 年 4 月 SpectroscopyandSpectralAnalysis April,2012
布里渊散射谱参数提取问题的混合优化算法研究与应用
张燕君,张书国,付广伟,李达,刘银,毕卫红
燕山大学信息科学与工程学院,河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛 066004
摘要提出了一种将ParticleSwarmOptimization(PSO)算法和LevenbergMarquardt(LM)算法按概率混
合优化的新算法,将其用于 PseudoVoigt型布里渊散射谱以提高其拟合度和频移提取精度。新算法以 PSO
算法为主框架,首先用PSO算法进行全局搜索,在优化一定次数后每次优化随机产生一个概率rand(0,1),
若rand(0,1)小于或等于事先设定的概率犘,则把 PSO 算法得到的最优解作为 LM 算法的初值进行局部深
度搜索,将LM 算法得到的最优解替换先前PSO算法的最优解,继续使用 PSO算法进行全局搜索;若rand
(0,1)大于P则仍然用PSO算法搜索,等待下一次优化产生随机概率rand(0,1)进行判断,交替使用两种算
法直至获得理想的全局最优解。仿真分析和实验表明,新算法克服了单一算法的缺点,提高了布里渊散射谱
的拟合度和频移提取的精度,充分证明了新算法的实用性和可行性。
关键词布里渊散射谱;PSO算法;LevenbergMarquardt算法;分布式光纤传感
中图分类号:TN247 文献标识码:A 犇犗犐:.10000593(2012)04091506
谱的拟合和布里渊频移的最优化估计问题。仿真分析表明新
引言算法能克服PSO算法过早收敛于局部极值和 LM 算法的初
值敏感性问题,保证了求解的速度和精度。用新算法对不同
分布式光纤传感器具有精度高、距离长、动态范围宽、叠加次数和不同温度下布里渊散射谱实验数据进行拟合,所
抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,可以准确地测量沿途光纤路径得到的结果与理论分析相吻合,证明了该算法的实用性和可
上温度和应变的连续分布信息[1],在大型设施实时在线无损行性。
监测领域具有广阔的应用前景。其中布里渊分布式光纤传感
系统通过分析从传感光纤传回来的布里渊散射谱的频移和强 1 光纤布里渊谱模型和布里渊谱拟合原理
度,实现对温度和应变的同时监测。由于布里渊频移的相对
变化量与温度、应力存在线性关系[2],因此获得准确的布里大多数情况下,布里渊散射光谱具有洛仑兹(Lorentzi
渊频移的相对变化量是布里渊分布式光纤传感技术的关键。 an)型函数曲线[5,6]。由于电光调制器消光比有限,在发送光
最初一些学者采用数值插值法构造简单函数来获得布里渊频脉冲的一个周期内,没有脉冲的时间间隙中存在泄漏光[7],
移,但是这种方法只能得到一个近似结果,不能满足布里渊因此注入光纤的调制光脉冲越来越窄,布里渊散射谱将会随
频移高精度提取的要求。近年来人们采用布里渊散射谱拟合之展宽,布里渊散射谱形状也会由洛伦兹型曲线逐步向高斯
的方法,如基于洛伦兹型谱[3]的LM 算法对