[发明专利]基于LSTM网络的布拉格光纤光栅交错光谱的解调方法

说明书

本发明涉及一种基于LSTM网络的布拉格光纤光栅交错光谱的解调方法，包括如下步骤：步骤S1:采集布拉格光纤光栅反射光谱数据以及对应的布拉格波长数据；步骤S2:对得到布拉格光纤光栅反射光谱数据以及对应的布拉格波长数据进行预处理，得到训练数据集和测试数据集；步骤S3:根据训练数据集，利用长短时卷积网络初始化训练模型和模型权重；步骤S4:根据训练模型对测试数据集进行评估，若评估的效果没有变化或者模型已经收敛则结束训练，完成解调。本发明通过将卷积网络和长短时记忆网络结合，模型对复杂的传感网络能快速的得到精确的解，同时在对重叠光谱的求解中模型能准确的学习到重叠区域对应的布拉格光纤光栅，精确匹配避免了重叠时的错配，漏检。

技术领域

本发明涉及布拉格光纤光栅交错光谱解调方法领域，具体涉及一种基于LSTM网络的布拉格光纤光栅交错光谱的解调方法。

背景技术

随着光纤通讯技术的发展，光纤光栅传感技术以其具有耐腐蚀、抗干扰、集成化、本征性、低成本、能串接复用等优点迅速成为了传感领域最受欢迎的新技术。光纤光栅就是在光纤内部构建一个折射网络，这个网络能改变光谱的传播，这样我们就能通过入射光谱得到与之发生相应耦合的反射光谱。光纤光栅的反射光谱是一个窄带光谱，这个窄带光谱的中心波长我们称为布拉格波长，光纤光栅传感技术原理就是当光纤光栅受到外力或者温度影响时，布拉格波长就会发生改变，只要测出这个差值就能测出对应的外力或者温度。因此对光谱的解调技术是布拉格光纤光栅传感网络的关键技术。对于发生重叠的反射光谱，在设计传感网络时需要每个布拉格光纤光栅都需要占有一段固定的光谱。由于光谱的带宽是有限的，对布拉格光纤光栅交错光谱的解调技术就成为了布拉格光纤光栅复用的关键。

现在的技术一般对复用布拉格光纤光栅波长检测表述为一个优化问题。其原理是通过给每个布拉格光纤光栅加上一个衰减器使得每个布拉格光纤光栅的反射光谱不同。以2个布拉格光纤光栅并联传感网络为例，假设反射谱的形状为，那么我们可以的到这个并联的反射光谱为：

那么在构造光谱与采样光谱的差值最小化时能取到.因此就可以把求得的最小化的解作为求解布拉格光纤光栅问题的优化数学模型。

基于优化数学模型的求解方式能够很好的求解布拉格光纤光栅传感网络的解调问题，现有的技术中基于差分算法和进化计算算法已经能够很好的解决反射光谱发生部分重叠的问题。但是基于这些的算法的技术在面对大规模的传感网络需要用更长的搜索时间才能搜索到一个精确的解。然而在面对实时性的传感网络中，这些技术就没办法使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于LSTM网络的布拉格光纤光栅交错光谱的解调方法，解决现有检测技术在面对大型的传感网络时搜索时间长，求解精度不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于卷积网络的布拉格光纤光栅交错光谱的解调方法，包括如下步骤：

步骤S1:采集布拉格光纤光栅反射光谱数据以及对应的布拉格波长数据；

步骤S2:对得到布拉格光纤光栅反射光谱数据以及对应的布拉格波长数据进行预处理，得到训练数据集和测试数据集；

步骤S3:根据训练数据集，初始化训练模型和模型权重；

步骤S4:根据训练模型对测试数据集进行评估，若评估的效果没有变化或者模型已经收敛则结束训练，完成解调。

进一步的，所述步骤S1具体为：

步骤S11:传感网络在布拉格光纤光栅反射光谱上加上衰减器使得每个布拉格波长的反射谱具有不同的谱型；

步骤S12:通过3db光耦合器进入光谱分析仪,得到布拉格光纤光栅反射光谱数据以及对应的布拉格波长数据。

进一步的，所述步骤S2具体为：