CN105159080B - 基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法及系统，包括衰减自动标定过程、衰减快速控制过程和智能自学习过程；所述衰减自动标定过程中，确定待标定队列，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值，然后以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，获取待标定的衰减值对应的标定参数值；所述衰减快速控制过程中，搜索确认目标衰减值在标定完成队列中的位置，计算目标衰减值对应的目标设置参数值，依结果设置并微调；所述智能自学习过程中，通过采样获取当前实际光衰减值，在判定需要时进行修正。本发明提供无需人工参与的衰减自动标定方式，通过智能自学习控制能够抵抗环境、器件老化等因素的长期影响，保证控制精度。

Description

基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法及系统

技术领域

本发明属于可调光衰减器控制技术领域，特别涉及一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法及系统。

背景技术

当前可调光衰减器的控制方法主要有逐步逼近式闭环控制和按照标定值开环控制两种。

逐步逼近式闭环控制的基本步骤如下：

步骤1：采样可调光衰减器所处光路(图1)前后的光功率，获取实际的光功率衰减值；图1中，VOA表示可调光衰减器（variable optical attenuator），PD表示光电探测器（photodetector），PD1标识VOA器件前的光电探测器，PD2标识VOA器件后的光电探测器；

步骤2：根据实际光功率衰减值与目标衰减值的比较，计算调整的方向和幅度；

步骤3：以步骤2的计算结果为依据，驱动可调光衰减器的控制单元，执行一次衰减值的调整；

步骤4：重复步骤1到步骤3，直到实际光功率衰减值与目标光功率衰减值的差值在可接受范围内，即完成调整。

此控制方法的主要缺点是：

1.调整需要的时间不固定，当目标衰减值与实际衰减值相差较大时，调整时间长，效率低。

2.调整的步长、稳定度、调整时间、精度等相互制约，需要反复权衡，有时难以同时获得较好的效果。

按照标定值开环控制的基本思想如下：

在可调光衰减器的制作过程中，使用计算机、光源、光功率探测器等装置，以一定的衰减间隔（例如0.5dB）记录下各衰减值对应的电压、角度、位置等参数，制成一张衰减对照表，通过计算机写入到光衰减器装置的存储器中。在使用时，根据目标衰减值在衰减对照表中查找最接近的衰减值，根据其对应的记录数据，设置光衰减器的电压、角度、位置等，获得一个与目标值接近的衰减值。

此控制方法的主要缺点是：

1.长期精度和稳定度差，无法修正由于温度、器件老化等带来的额外误差；

2.调整的精度要求越高，衰减对照表的规模越大，需要耗费的人工和存储器就越大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法及系统。

本发明技术方案提供一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法，包括衰减自动标定过程、衰减快速控制过程和智能自学习过程，

所述衰减自动标定过程包括以下步骤，

步骤1.1，确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁, P₂,... P_n；

步骤1.2，通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0；

步骤1.3，以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁, Q₂,... Q_n和相应的标定参数值B₁, B₂, ... B_n；

步骤1.4，返回重复步骤1.3继续以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值进行标定，直到待标定队列为空时，衰减自动标定过程结束；

所述衰减快速控制过程包括以下步骤，

步骤2.1，搜索确认目标衰减值Q_target在标定完成队列中的位置，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间；

步骤2.2，依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target=B_m+（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_m）×（B_m+1-B_m）；

步骤2.3，将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set；

所述智能自学习过程包括以下步骤，

步骤3.1，在衰减快速控制过程的步骤2.3中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，进入步骤3.2，否则结束当前智能自学习过程；

步骤3.2，确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值；

步骤3.3，依据衰减快速控制过程的步骤2.3中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B_m，B_m=B_set-（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_target）×（B_m+1-B_set）；将计算值更新到标定完成队列对应的位置，完成智能自学习过程。

而且，所述可调光衰减器的参数为驱动电压、角度或位置。

本发明提供一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制系统，包括衰减自动标定模块、衰减快速控制模块和智能自学习模块，

所述衰减自动标定模块包括以下单元，

待标定衰减值输入单元，用于确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁, P₂,... P_n；

初始化单元，用于通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0；

标定单元，用于以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁, Q₂,... Q_n和相应的标定参数值B₁, B₂, ... B_n；

标定结束判断单元，用于命令标定单元继续以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值进行标定，直到待标定队列为空时，衰减自动标定模块结束工作；

所述衰减快速控制模块包括以下单元，

目标搜索单元，用于搜索确认目标衰减值Q_target在标定完成队列中的位置，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间；

目标设置参数值计算单元，用于依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target=B_m+（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_m）×（B_m+1-B_m）；

目标设置单元，用于将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set；

所述智能自学习模块包括以下单元，

学习判断单元，用于在衰减快速控制模块的目标设置单元中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，命令修正搜索单元工作，否则结束当前智能自学习模块的工作；

修正搜索单元，用于确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值；

修正更新单元，用于依据衰减快速控制模块的目标设置单元中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B_m，B_m=B_set-（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_target）×（B_m+1-B_set）；将计算值更新到标定完成队列对应的位置，完成智能自学习模块的工作。

而且，所述可调光衰减器的参数为驱动电压、角度或位置。

本发明能够克服以上两种方法的缺点，能同时达到衰减调整时间短、精度高、节省人工、长期精度和稳定度好的效果。本发明具有以下优点：

1.用自动标定方式替代人工标定，节约人工作业时间，减低成本；

2.智能自学习的控制方法，能够在不需要人工干预的情况下，克服温度、器件老化等因素对光衰减器精度的影响。

附图说明

图1是现有技术的逐步逼近式闭环控制光路示意图。

图2是本发明实施例的待标定队列示意图。

图3是本发明实施例的标定完成队列示意图。

图4是本发明实施例的衰减自动标定过程示意图。

图5是本发明实施例的衰减快速控制过程及智能自学习过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案、优点更加清晰，下面将结合本发明实施例和附图来介绍本发明的技术方案。

本发明的设计主要包括三个部分：

1.衰减自动标定过程，为本发明技术方案的准备阶段，在时间上必须在最前面，为后面两个阶段的工作提供控制队列数据，该过程只需要进行一次；

2.衰减快速控制过程，根据使用的目标衰减值，借助衰减自动标定提供的数据队列实现功能，每更新一次目标衰减值或者外部光路环境的改变造成当前实践衰减值和目标衰减值有偏差时，就会自动启动衰减快速控制；

3.智能自学习过程，学习过程是链接在衰减快速控制过程的设置部分之后，当自动衰减控制过程中依据数据队列的计算值和实际锁定设定衰减时的设置值有偏差时，进行计算纠正更新数据队列的过程，每一次衰减快速控制结束后都会进行一次智能自学习过程，以便一旦出现偏差就进行数据更新。

1.衰减自动标定过程

参见图4，实施例的衰减自动标定过程包括以下步骤：

步骤1.1：确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁, P₂,... P_n。

实施例载入外部配置参数，确定此可调光衰减器待标定的衰减值队列(图2)，记为待标定队列。待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次为P₁, P₂, P₃,P₄... P_n。采用外部载入方式可以使应用方案更具灵活性。

步骤1.2：通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0通过设置可调。

具体实施时，可以调整光衰减器的电压、角度、位置等参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0。实施例调整光衰减器的驱动电压，调整其他参数的实现方式相同。

步骤1.3：以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁, Q₂,... Q_n和相应的标定参数值B₁, B₂, ... B_n。

实施例中以硬件支持的最小步长逐步增加驱动电压的设置值，采样实际应用中可调光衰减器光路（图1）中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值达到或超过（大于等于）当前需要标定队列里的最小值（即待标定队列里的当前最小值）P_min（因为待标定队列里的衰减值从小到大排列，min依次为1,2,3...n）时，记录当前驱动电压为此待标定的衰减值对应的标定电压，同时将这个标定衰减值移至标定完成队列（图3）同时填充对应的标定电压。标定完成队列如图3所示，存储有标定衰减值Q₁, Q₂, Q₃, Q₄... Q_n和相应的标定电压V₁, V₂, V₃, V₄... V_n。

步骤1.4：重复步骤1.3，直到待标定队列为空时，表示衰减自动标定过程结束。

2.衰减快速控制过程

步骤2.1：搜索确认目标衰减值（Q_target）在标定完成队列中的位置，如Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间（其中m为搜索中确认），即处于区间[Q_m, Q_m+1)。

步骤2.2：依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target=B_m+（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_m）×（B_m+1-B_m）。

实施例通过分段线性插值查询方法依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置电压V_target=V_m+（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_m）×（V_m+1-V_m）。流程中，常用*表示×。分段线性插值的原理是，采用插值点用折线段连接起来逼近真实的函数曲线。

步骤2.3：将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set。

实施例将目标设置电压V_target作为驱动电压进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置电压V_set。此时逐步逼近式闭环控制方式采用现有技术中已有的逐步逼近式闭环控制的基本步骤即可。

3.智能自学习过程

步骤3.1：在衰减快速控制过程的步骤2.3中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，进入步骤3.2，否则结束当前智能自学习过程。

实施例在衰减快速控制方法的步骤2.3中设置目标电压完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差超过（大于）设定阈值，判定标定完成队列需要修正，继续执行后续步骤完成自学习过程，否则认为当前标定完成队列依然有效无需修正，暂不需进行后续步骤。

步骤3.2：确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值。

实施例确认需修正的标定完成队列成员，如Q_m≤Q_target＜Q_m+1，即处于区间[Q_m,Q_m+1)，则需修正成员为Q_m和其对应的标定电压。

步骤3.3：依据衰减快速控制过程的步骤2.3中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B_m，B_m=B_set-（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_target）×（B_m+1-B_set）；将计算值更新到标定完成队列对应的位置，完成智能自学习过程。

实施例依据衰减快速控制方法步骤2.3中微调完成后的设置电压V_set，计算Q_m修正后对应的标定电压V_m，V_m=V_set-（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_target）×（V_m+1-V_set）。将计算值更新到标定完成队列对应的位置，完成智能自学习过程。学习中已更新标定完成队列，下次执行衰减快速控制时就会调用该次更新的队列。

实施例的衰减快速控制过程和智能自学习过程实现可参见图5。

具体实施时，本领域技术人员可以采用软件技术实现上述方法中具体过程的自动运行，也可以采用模块化方式提供相应系统。本发明实施例还提供一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制系统，包括衰减自动标定模块、衰减快速控制模块和智能自学习模块，

所述衰减自动标定模块包括以下单元，

待标定衰减值输入单元，用于确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁, P₂,... P_n；

初始化单元，用于通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0；

标定单元，用于以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁, Q₂,... Q_n和相应的标定参数值B₁, B₂, ... B_n；

标定结束判断单元，用于命令标定单元继续以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值进行标定，直到待标定队列为空时，衰减自动标定模块结束工作；

所述衰减快速控制模块包括以下单元，

目标搜索单元，用于搜索确认目标衰减值Q_target在标定完成队列中的位置，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间；

目标设置参数值计算单元，用于依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target=B_m+（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_m）×（B_m+1-B_m）；

目标设置单元，用于将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set；

所述智能自学习模块包括以下单元，

学习判断单元，用于在衰减快速控制模块的目标设置单元中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，命令修正搜索单元工作，否则结束当前智能自学习模块的工作；

修正搜索单元，用于确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值；

修正更新单元，用于依据衰减快速控制模块的目标设置单元中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B_m，B_m=B_set-（Q_target-Q_m）/（Q_m+1-Q_target）×（B_m+1-B_set）；将计算值更新到标定完成队列对应的位置，完成智能自学习模块的工作。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法，其特征在于：包括衰减自动标定过程、衰减快速控制过程和智能自学习过程，

所述衰减自动标定过程包括以下步骤，

步骤1.1，确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁,P₂,...P_n；

步骤1.2，通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0；

步骤1.3，以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁,Q₂,...Q_n和相应的标定参数值B₁,B₂,...B_n；

步骤1.4，返回重复步骤1.3继续以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值进行标定，直到待标定队列为空时，衰减自动标定过程结束；

所述衰减快速控制过程包括以下步骤，

步骤2.1，搜索确认目标衰减值Q_target在标定完成队列中的位置，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间；

步骤2.2，依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target＝B_m+(Q_target-Q_m)/(Q_m+1-Q_m)×(B_m+1-B_m)；

步骤2.3，将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set；

所述智能自学习过程包括以下步骤，

步骤3.1，在衰减快速控制过程的步骤2.3中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，进入步骤3.2，否则结束当前智能自学习过程；

步骤3.2，确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值；

步骤3.3，依据衰减快速控制过程的步骤2.3中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B'_m，B'_m＝B_set-(Q_target-Q_m)/(Q_m+1-Q_target)×(B_m+1-B_set)；将计算值B'_m更新到标定完成队列对应的位置，实现B_m＝B'_m，完成智能自学习过程。

2.根据权利要求1所述基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制方法，其特征在于：所述可调光衰减器的参数为驱动电压、角度或位置。

3.一种基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制系统，其特征在于：包括衰减自动标定模块、衰减快速控制模块和智能自学习模块，

所述衰减自动标定模块包括以下单元，

待标定衰减值输入单元，用于确定待标定队列，所述待标定队列里的衰减值从小到大排列，设有n个衰减值，依次记为P₁,P₂,...P_n；

初始化单元，用于通过设置可调光衰减器的参数，先将可调光衰减器的衰减值设置为最小值0；

标定单元，用于以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值，采样可调光衰减器光路中的前后光功率，当可调光衰减器的实际衰减值大于等于待标定队列里的当前最小值P_min时，记录当前参数设置值为此待标定的衰减值对应的标定参数值，同时将这个衰减值从待标定队列移至标定完成队列，同时填充对应的标定参数值，标定完成队列存储有标定衰减值Q₁,Q₂,...Q_n和相应的标定参数值B₁,B₂,...B_n；

标定结束判断单元，用于命令标定单元继续以最小步长逐步增加可调光衰减器的参数设置值进行标定，直到待标定队列为空时，衰减自动标定模块结束工作；

所述衰减快速控制模块包括以下单元，

目标搜索单元，用于搜索确认目标衰减值Q_target在标定完成队列中的位置，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，表示目标衰减值落在Q_m和Q_m+1之间；

目标设置参数值计算单元，用于依据标定完成队列计算目标衰减值对应的目标设置参数值B_target＝B_m+(Q_target-Q_m)/(Q_m+1-Q_m)×(B_m+1-B_m)；

目标设置单元，用于将目标设置参数值B_target作为驱动参数值进行设置，再通过逐步逼近式闭环控制方式完成目标衰减值的微调，微调完成后得到设置参数值B_set；

所述智能自学习模块包括以下单元，

学习判断单元，用于在衰减快速控制模块的目标设置单元中设置驱动参数值完成后，通过采样获取当前实际光衰减值，当实际衰减值与目标衰减值偏差大于相应的预设阈值，判定标定完成队列需要修正，命令修正搜索单元工作，否则结束当前智能自学习模块的工作；

修正搜索单元，用于确认需修正的标定完成队列成员，若有标定衰减值Q_m和Q_m+1满足Q_m≤Q_target＜Q_m+1，则需修正成员为Q_m和其对应的标定参数值；

修正更新单元，用于依据衰减快速控制模块的目标设置单元中微调完成后的设置参数值B_set，计算Q_m修正后对应的标定参数值B'_m，B'_m＝B_set-(Q_target-Q_m)/(Q_m+1-Q_target)×(B_m+1-B_set)；将计算值B'_m更新到标定完成队列对应的位置，实现B_m＝B'_m，完成智能自学习模块的工作。

4.根据权利要求3所述基于自动标定和智能学习的可调光衰减器控制系统，其特征在于：所述可调光衰减器的参数为驱动电压、角度或位置。