本技術涉及電光調制器，具體涉及一種基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制方法、裝置及設備。

背景技術：

1、鈮酸鋰光調制器具有頻帶寬、響應速度快、插入損耗低、信噪比高、半波電壓低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是主流電光調制器產品之一，被廣泛應用在光通信、光纖傳感器等領域。在高速光通信系統(tǒng)中，鈮酸鋰iq(in?phase-quadrature，同向-正交)調制器因其能夠實現(xiàn)復雜的調制格式而成為關鍵組件。然而，為了保證調制器的高效工作，需要精確控制其偏置電壓，這是實現(xiàn)高質量光信號傳輸?shù)那疤帷?/p>

2、傳統(tǒng)的偏置電壓控制方式主要依賴于手動調整或簡單的自動控制策略，這些方式往往難以適應快速變化的環(huán)境條件，導致調制器性能不穩(wěn)定，影響通信質量。隨著光通信系統(tǒng)對信號質量要求的不斷提高，對調制器偏置電壓控制技術的要求也越來越高，因此，如何實現(xiàn)調制器偏置電壓精準控制，成為當前亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供一種基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制方法、裝置及設備，能夠實現(xiàn)調制器偏置電壓精準控制。

2、第一方面，本技術實施例提供一種基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制方法，用于對相干調制中iq調制結構的鈮酸鋰iq調制器進行調制，所述基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制方法包括：

3、基于預處理算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路和q路的相位設置為相同；

4、通過偏置電壓鎖定算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路、q路、p路的偏置電壓設置在最佳偏置點；

5、基于反饋算法對當前偏置電壓下鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)進行判斷，并進行誤差補償調整以使鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)為最佳。

6、結合第一方面，在一種實施方式中，所述基于預處理算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路和q路的相位設置為相同，具體包括：

7、s101：對鈮酸鋰iq調制器的整個工作偏置電壓范圍進行掃譜，輸出光功率隨偏置電壓變化曲線，獲得鈮酸鋰iq調制器的基本特性數(shù)據(jù)，并進行學習率、收斂系數(shù)、收斂閾值的設置，以及各路的初始偏置電壓設置，并記錄初始光功率，轉到s102；

8、s102：計算i路、q路、p路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度，并使i路、q路、p路的偏置電壓按照設定移動步長向光功率最大上升梯度的方向移動，得到移動后的i路、q路、p路的偏置電壓，并記錄移動后光功率，轉到s103；

9、s103：將當前移動后光功率與最新的初始光功率進行比較，若移動后光功率大于初始光功率，則轉到s105，若移動后光功率不大于初始的光功率，且最新的學習率大于收斂閾值，則轉到s104，若移動后光功率不大于初始的光功率，且最新的學習率不大于收斂閾值，則進行最后一次i路、q路、p路的偏置電壓移動前，得到的移動后i路、q路、p路的偏置電壓，即為光功率最大值所對應的偏置電壓，表示將i路、q路、p路的偏置電壓設置為最大光功率時對應的偏置電壓，結束；

10、s104：將當前學習率除以收斂系數(shù)得到的值，作為最新的學習率，轉到s105；

11、s105：將當前移動后光功率的值，作為最新的初始光功率，轉到s102；

12、其中，i路的偏置電壓對應的設定移動步長，為最新的學習率乘以i路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度，q路的偏置電壓對應的設定移動步長，為最新的學習率乘以q路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度，p路的偏置電壓對應的設定移動步長，為最新的學習率乘以p路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度。

13、結合第一方面，在一種實施方式中，所述通過偏置電壓鎖定算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路、q路、p路的偏置電壓設置在最佳偏置點，具體包括：基于梯度下降算法進行i路、q路偏置電壓的鎖定，以及基于掃譜算法進行p路偏置電壓的鎖定，以及基于導頻算法進行i路、q路、p路偏置電壓的鎖定。

14、結合第一方面，在一種實施方式中，所述基于梯度下降算法進行i路、q路偏置電壓的鎖定，具體包括：

15、s201：在得到光功率最大值所對應的偏置電壓時，將當前記錄的移動后光功率作為第一光功率，轉到s202；

16、s202：計算i路、q路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度，并使i路、q路的偏置電壓按照預設移動步長向光功率最大下降梯度的方向移動，得到移動后的i路、q路的偏置電壓，并記錄移動后光功率，轉到s203；

17、s203：將當前移動后光功率與最新的第一光功率進行比較，若移動后光功率小于第一光功率，則轉到s205，若移動后光功率不小于第一光功率，且最新的學習率大于收斂閾值，則轉到s204，若移動后光功率不小于第一光功率，且最新的學習率不大于收斂閾值，則進行最后一次i路、q路、p路的偏置電壓移動前，得到的移動后i路、q路的偏置電壓，即為光功率最小值所對應的偏置電壓，表示將i路、q路的偏置電壓設置為最小光功率時對應的偏置電壓，結束；

18、s204：將當前學習率除以收斂系數(shù)得到的值，作為最新的學習率，轉到s205；

19、s205：將當前移動后光功率的值，作為最新的第一光功率，轉到s202；

20、其中，i路的偏置電壓對應的預設移動步長，為最新的學習率乘以i路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度，q路的偏置電壓對應的預設移動步長，為最新的學習率乘以q路的光功率相較于初始偏置電壓的梯度。

21、結合第一方面，在一種實施方式中，所述基于掃譜算法進行p路偏置電壓的鎖定，具體包括：

22、將i路、q路的偏置電壓設置為最小光功率時對應的偏置電壓，將p路的偏置電壓設置為最大光功率時對應的偏置電壓；

23、對p路的偏置電壓進行掃譜并存儲光功率，獲取存儲的光功率中任意一對相鄰的光功率極大值與光功率極小值，并根據(jù)光功率極大值與光功率極小值計算得到quad點目標光功率；

24、在光功率極大值與光功率極小值對應的偏置電壓區(qū)間內，獲取最接近quad點目標光功率的偏置電壓點，確定為p路的quad點，并將p路的偏置電壓鎖定為quad點。

25、結合第一方面，在一種實施方式中，

26、所述基于導頻算法進行i路、q路、p路偏置電壓的鎖定，其中，導頻所需的正弦波由偏壓控制電路的dac模擬產生，并通過mcu定時器觸發(fā)模擬出指定頻率的正弦波；

27、對于導頻的模擬，具體包括：

28、設置離散正弦信號數(shù)組、添加導頻時長、直流偏置電壓、導頻正弦振幅，并根據(jù)導頻正弦頻率設置計數(shù)門限；

29、開始mcu定時器中斷，計時從0開始，并將mcu定時器計數(shù)置0，mcu定時器內部時鐘觸發(fā)計數(shù)增加，計數(shù)達到計數(shù)門限時產生中斷；

30、進行中斷處理，生成導頻偏置電壓，具體的：

31、vh＝vdc+sin[i]*a

32、其中，vh表示導頻偏置電壓，vdc表示直流偏置電壓，a表示導頻正弦振幅，sin[i]表示實時生成的離散正弦信號數(shù)組，且實時生成的離散正弦信號數(shù)組的長度i超出設置的離散正弦信號數(shù)組的長度后i置0，且i超出離散正弦信號數(shù)組的長度后i置0，且當計時達到導頻時長后，關閉mcu定時器中斷，模擬生成導頻信號結束。

33、結合第一方面，在一種實施方式中，所述基于導頻算法進行i路、q路、p路偏置電壓的鎖定，具體包括：

34、s221：在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fi處的歸一化光功率，轉到s222；

35、s222：判斷頻率fi處的歸一化光功率是否小于設定閾值，若是，轉到s223，若否，則調整i路的偏置電壓，轉到s222；

36、s223：在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fq處的歸一化光功率，轉到s224；

37、s224：判斷頻率fq處的歸一化光功率是否小于設定閾值，若是，轉到s225，若否，則調整q路的偏置電壓，轉到s223；

38、s225：在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號，同時在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fi+fq處的歸一化光功率和|fi-fq|處的歸一化光功率，轉到s226；

39、s226：頻率fi+fq處的歸一化光功率和|fi-fq|處的歸一化光功率是否均小于設定閾值，若否，則調整p路的偏置電壓，轉到s225，若是，則轉到s227；

40、s227：執(zhí)行判斷：若在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號后未調整i路的偏置電壓、且在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號后未調整q路的偏置電壓、且同時在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號和在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號后未調整p路的偏置電壓，則結束，反之，則轉到s221。

41、結合第一方面，在一種實施方式中，所述基于反饋算法對當前偏置電壓下鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)進行判斷，并進行誤差補償調整以使鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)為最佳，具體包括：

42、s301：進行光功率變化閾值、歸一化光功率閾值的設置，同時將i路、q路、p路的偏置電壓設置在最佳偏置點后對應的光功率作為最佳光功率，轉到s302；

43、s302：定時讀取當前光功率，計算當前光功率相較于最佳光功率間的變化量，轉到s303；

44、s303：判斷計算得到的變化量是否超過光功率變化閾值，若是，轉到s304，若否，轉到s302；

45、s304：在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fi處的歸一化光功率，在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fq處的歸一化光功率，同時在i路上加載頻率為fi的正弦導頻信號和在q路上加載頻率為fq的正弦導頻信號，采集設定時間段的光功率后，停止加載正弦導頻信號，對光功率進行fft變換，記錄頻譜上頻率fi+fq處的歸一化光功率和|fi-fq|處的歸一化光功率，根據(jù)記錄的頻率fi處的歸一化光功率、頻率fq處的歸一化光功率、頻率fi+fq處的歸一化光功率、頻率|fi-fq|處的歸一化光功率是否超過歸一化光功率閾值，以判斷工作點是否發(fā)生偏移，若是，轉到s305，若否，轉到s306；

46、s305：基于導頻算法進行i路、q路、p路偏置電壓的鎖定，進行偏移修正，轉到s306；

47、s306：基于工作點重新鎖定或整體光功率變化導致的最佳光功率改變，更新最佳光功率，轉到s302。

48、第二方面，本技術實施例提供一種基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制裝置，所述基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制裝置包括：

49、第一設置模塊，其用于基于預處理算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路和q路的相位設置為相同；

50、第二設置模塊，其用于通過偏置電壓鎖定算法，將鈮酸鋰iq調制器的i路、q路、p路的偏置電壓設置在最佳偏置點；

51、執(zhí)行模塊，其用于基于反饋算法對當前偏置電壓下鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)進行判斷，并進行誤差補償調整以使鈮酸鋰iq調制器的工作狀態(tài)為最佳。

52、第三方面，本技術實施例提供一種基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制設備，所述基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制設備包括處理器、存儲器、以及存儲在所述存儲器上并可被所述處理器執(zhí)行的基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制程序，其中所述基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制程序被所述處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述所述的基于梯度算法的鈮酸鋰相干調制器控制方法的步驟。

53、本技術實施例提供的技術方案帶來的有益效果包括：

54、(1)使用梯度上升算法進行預處理，使用梯度下降算法尋找調制器的最佳偏置電壓點，能夠同步調整不同路的偏置電壓，實時補償路間影響，相較于普通熱掃譜算法，極大減少了迭代調整的時間和復雜度；此外，梯度算法的動態(tài)性使其能夠適應偏置電壓范圍相近的iq調制器，兼容性好；

55、(2)使用dac模擬產生導頻法所需要的正弦波，用數(shù)字fft濾波代替硬件濾波，無需額外芯片器件，檢測質量滿足導頻法的檢測需求；相較于使用函數(shù)發(fā)生器產生正弦信號和硬件濾波檢測的方式，可節(jié)約物料成本，減小控制電路板尺寸，在不復雜化電路設計的情況下提高鎖定精度，有利于集成應用；

56、(3)通過設計自動優(yōu)化算法，對于減小調制器長時間運行受的外界干擾和熱積累效應等造成的影響有良好的效果。