一种异面波导耦合控制方法及系统与流程

本发明涉及人工智能，特别是指一种异面波导耦合控制方法及系统。

背景技术：

1、人工智能技术领域涉及利用计算机控制系统对受控对象的状态参数、目标参数和控制指令进行采集、运算和输出的自动控制技术。其中，传统异面波导耦合控制方法是指由计算机控制器、光信号检测器、驱动电路和波导调节机构构成控制链路，光信号检测器采集差异化空间平面波导之间的输出光信号并转换为电信号，计算机控制器依据预设控制参数计算波导位置和耦合状态对应的控制量，再经驱动电路向调节机构输出控制信号，使分立波导按照设定位置关系完成异面过渡过程中的耦合状态控制。

2、现有异面波导耦合控制依据预设控制参数计算波导位置和耦合状态对应的控制量，并按设定位置关系驱动调节机构执行位移，控制过程对差异化空间方向在当前位置附近的光功率变化响应缺少实时辨识，难以判断方向对耦合效率的即时影响，多个方向的调整顺序关键受预设参数约束，位置变化后控制依据不能随耦合状态同步更新，容易出现无效位移和反向调节，异面过渡过程中的位置寻优效率和耦合稳定性受到限制。现有部分耦合方案虽然可以计算自由度耦合敏感度，但敏感度仅用于算法权重赋值，无法直接用确定自由度移动方向，调节顺序大多为预设固定次序，并不会随当前耦合状态实时变更；同时现有方案缺少对驱动机构丢步、光功率瞬时噪声、多方向位移串扰实际硬件工况的处理，探测位移通常采用固定数值，距离耦合极值点过大会造成探测失真，距离过小将被噪声淹没，迭代降低寻优收敛效率。另外传统耦合算法临近最优位置容易出现多方向往复震荡，造成收敛慢甚至无法稳定锁定；耦合位置一旦锁定即结束全部调节流程，当出现环境振动、温度漂移导致耦合效率下降时，需要完整重新执行一遍全部耦合寻优流程，无法在不中断工作的前提下进行轻量级保活微校准，实际工况下持续耦合稳定性不足。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种异面波导耦合控制方法，包括以下步骤：

2、获取异面波导耦合位置的基准光功率及三个空间方向的初始位置，确定对应探测位移量，作为耦合调节的初始状态，分别控制三个空间方向产生探测位移，采集位移后的输出光功率和实际位移量，计算方向的单位位移光功率变化量；

3、根据单位位移光功率变化量的正负确定方向移动方向，并按照绝对值大小确定调节顺序，依次控制对应方向移动，根据移动前后的光功率变化判断是否保留当前位置，并在每次位置调整后重新计算三个方向的单位位移光功率变化量；

4、在探测及调节过程中采集驱动机构实际反馈位置，当实际位移与指令位移偏差超过预设阈值时，舍弃本次探测数据并重新探测，对输出光功率进行短时均值滤波，并在出现方向间位移串扰时增强非探测方向的位置锁止保持力；

5、根据单位位移光功率变化量的绝对值自适应调整下一周期的探测位移量，并限定在对应方向的执行范围内，在接近停止预设阈值时监测位置往复震荡，当出现震荡时减小对应方向的移动步长。

6、根据三个空间方向的单位位移光功率变化量判断耦合调节状态，满足停止条件后锁定当前位置，随后进入保活校准模式，通过低扰动探测和微量位置补偿，抑制环境振动及温度漂移造成的耦合效率下降。

7、获取异面波导耦合位置的所述基准光功率以及所述第一水平方向、所述第二水平方向和所述垂直方向的所述初始位置时，在保持异面波导与对应波导的相对位置不变的状态下采集输出光功率，并将采集得到的输出光功率确定为所述基准光功率；

8、分别读取所述三个空间方向对应的位置数据，并将读取到的位置数据确定为对应空间方向的所述初始位置；

9、根据三个空间方向对应的位移执行范围分别确定所述探测位移量，使空间方向对应的所述探测位移量处于对应位移执行范围内。

10、将所述基准光功率和三个空间方向对应的所述初始位置作为耦合调节的所述初始状态时，对所述基准光功率与三个空间方向对应的所述初始位置进行关联存储；

11、在开始按照所述探测位移量执行空间方向位移之前，将当前输出光功率和当前空间位置分别与所述基准光功率和对应的所述初始位置进行核验；

12、当核验结果一致时，以所述初始状态作为空间方向位移及光功率变化比较的基准，当核验结果不一致时，重新获取当前输出光功率和当前空间位置并更新所述初始状态。

13、按照所述探测位移量分别控制所述三个空间方向产生位移时，依次选择一个空间方向作为当前探测方向，并保持两个空间方向的位置不变；

14、控制所述当前探测方向按照对应的所述探测位移量完成单次位移，采集位移完成后的所述输出光功率以及对应的所述实际位移量；

15、在完成所述当前探测方向的采集后，将异面波导恢复至执行所述单次位移前的位置，再对下一空间方向执行对应的位移及采集，直至完成三个空间方向的探测。

16、根据位移前后的所述光功率差值确定空间方向的所述单位位移光功率变化量时，将执行所述单次位移前的输出光功率与执行所述单次位移后的所述输出光功率进行比较，得到对应空间方向的所述光功率差值；

17、根据所述光功率差值和对应的所述实际位移量确定单位位移对应的光功率变化，将确定结果作为对应空间方向的所述单位位移光功率变化量；

18、当所述实际位移量与对应的所述探测位移量不一致时，以所述实际位移量作为确定所述单位位移光功率变化量的位移依据。

19、根据所述单位位移光功率变化量的正负确定空间方向的所述移动方向时，分别将所述三个空间方向对应的所述单位位移光功率变化量与零进行比较；

20、当对应空间方向的所述单位位移光功率变化量大于零时，将空间方向执行探测位移时的位移方向确定为对应的所述移动方向；

21、当对应空间方向的所述单位位移光功率变化量小于零时，将空间方向执行探测位移时的位移方向的反方向确定为对应的所述移动方向。

22、按照所述调节顺序控制对应空间方向移动时，选择所述调节顺序中当前待调节的空间方向，并按照对应的所述移动方向控制异面波导产生位移；

23、采集移动前后的输出光功率，并根据移动前后的所述光功率变化确定当前移动是否保留；

24、当移动后的输出光功率高于移动前的输出光功率时，保留当前移动后的位置，当移动后的输出光功率不高于移动前的输出光功率时，控制异面波导返回当前移动前的位置。

25、在完成一次所述位置调整后，以完成所述位置调整后的当前位置作为下一次探测的起始位置，并重新对所述三个空间方向执行探测位移；

26、根据重新采集的位移前后的输出光功率和所述实际位移量，分别更新三个空间方向的所述单位位移光功率变化量；

27、根据更新后的三个空间方向的所述单位位移光功率变化量重新确定对应的所述移动方向和所述调节顺序，并按照重新确定的所述调节顺序执行下一次位置调整。

28、根据三个空间方向的所述单位位移光功率变化量确定所述耦合调节状态时，分别获取所述三个空间方向在完成一次位置调整后重新确定的所述单位位移光功率变化量；

29、当三个空间方向的所述单位位移光功率变化量的绝对值均满足预置的预设停止阈值时，确定所述耦合调节状态满足所述停止条件，停止对三个空间方向执行位置调整，并锁定异面波导的所述当前位置；

30、将锁定后的所述当前位置以及在所述当前位置采集的输出光功率确定为所述异面波导耦合控制结果。

31、一种异面波导耦合控制系统，包括：

32、耦合初始状态确定单元：获取异面波导耦合位置的基准光功率以及第一水平方向、第二水平方向和垂直方向的初始位置，分别确定三个空间方向对应的探测位移量，将所述基准光功率和所述初始位置作为耦合调节的初始状态；

33、单位位移光功率变化量确定单元：按照所述探测位移量分别控制三个空间方向产生位移，采集位移后的输出光功率和实际位移量，根据位移前后的光功率差值确定空间方向的单位位移光功率变化量；

34、移动方向及调节顺序确定单元：根据所述单位位移光功率变化量的正负确定空间方向的移动方向，并比较三个空间方向的所述单位位移光功率变化量的绝对值，确定三个空间方向的调节顺序；

35、位置调整及反馈更新单元：按照所述调节顺序控制对应空间方向移动，根据移动前后的光功率变化确定当前移动是否保留，并在完成一次位置调整后重新确定三个空间方向的所述单位位移光功率变化量；

36、耦合状态判定及位置锁定单元：根据三个空间方向的所述单位位移光功率变化量确定耦合调节状态，在满足停止条件时锁定异面波导的当前位置，得到异面波导耦合控制结果。

37、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明中，以基准光功率和三个空间方向的初始位置建立调节起点，通过分别施加探测位移并采集位移前后的输出光功率和实际位移量，将局部光功率变化转换为空间方向的单位位移光功率变化量，根据正负识别有利移动方向并依据绝对值安排调节次序，使位置搜索优先沿光功率响应显著方向推进，移动中以光功率变化判断位置调整是否保留，并在每次位置调整后重新计算方向变化量，使控制依据持续匹配当前耦合状态，结合变化量判定停止条件并锁定当前位置，减少无效位移和反向调节，提升位置寻优效率和耦合稳定性。

38、本发明进一步的有益效果是：增加机构丢步、瞬时光噪声、方向串扰的工程异常处理，规避硬件异常带来错误的单位位移光功率变化量计算结果；通过根据当前耦合状态自适应调整探测位移，靠近极值点时采用小位移细致探测，远离极值点时采用大位移加快搜寻速度，兼顾寻优速度与探测精度，进一步减少无效位移，提升异面波导耦合在实际硬件系统下的鲁棒性。

39、本发明还能够识别临近耦合极值处的方向往复震荡现象，通过降低移动步长抑制调节震荡，加快收敛；耦合位置锁定后开启保活校准模式，无需中断工作，依靠低扰动后台轻量探测完成微量位置补偿，抵抗环境振动、温度漂移造成的耦合劣化，进一步提升长时间工作状态下的耦合维持能力。