1.一种基于机器学习的PGC光强与相位映射解调方法,其特征在于,应用于依次连接的单频激光器、干涉型光纤传感器、光电探测器、数据采集卡、信号处理解调装置组成的干涉型光纤传感系统,所述信号处理解调装置内置随机森林回归模型、粒子群优化的支持向量机回归模型和反馈控制模块,方法包括:单频激光器输出单频光至干涉型光纤传感器,数据采集卡通过内调制或外调制方式对单频光或干涉型光纤传感器施加PGC高频载波调制,干涉型光纤传感器输出携带有待测物理参量的干涉光;光电探测器将所述干涉光转换为电信号,数据采集卡将所述电信号转换为归一化长时域光强数字信号,并将其传输至信号处理解调装置;信号处理解调装置将所述归一化长时域光强数字信号分割为若干个长度为单个PGC调制周期的归一化短时域光强信号,作为随机森林回归模型和粒子群优化的支持向量机回归模型的输入数据;并对其中一个所述归一化短时域光强信号进行傅里叶变换,得到频域特征信号,将所述频域特征信号输入至训练好的随机森林回归模型,输出当前系统的PGC调制深度;反馈控制模块根据所述PGC调制深度,实时调整数据采集卡的PGC调制电压,将系统PGC调制深度稳定至固定值,得到参数稳定后的归一化短时域光强信号;信号处理解调装置将所有参数稳定后的归一化短时域光强信号输入至训练好的粒子群优化的支持向量机回归模型,输出每个归一化短时域光强信号对应的初相位值;将所有所述初相位值按时间顺序进行拼接,得到含直流常数项的相位信号;对所述含直流常数项的相位信号执行去直流操作,消除系统相位时延引入的直流常数项,解调出待测物理参量信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述内调制为数据采集卡直接对单频激光器输出的单频光施加PGC高频载波调制;所述外调制为数据采集卡对缠绕在干涉型光纤传感器干涉臂上的压电陶瓷施加PGC高频载波调制,通过压电陶瓷驱动干涉臂实现相位调制。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待测物理参量为声音、振动或温度中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述随机森林回归模型的训练过程为:采集不同PGC调制深度下干涉型光纤传感器输出的归一化短时域光强信号,经傅里叶变换得到频域特征信号,构建频域特征信号-PGC调制深度的样本数据集,将样本数据集输入至随机森林回归模型进行训练,使模型学习频域特征信号与PGC调制深度的非线性映射关系。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粒子群优化的支持向量机回归模型的训练过程为:在固定PGC调制深度下,采集干涉型光纤传感器输出的归一化短时域光强信号及其对应的真实初相位值,构建光强信号-初相位的样本数据集;采用粒子群优化算法对支持向量机回归模型的核函数参数和惩罚因子进行全局寻优,确定最优超参数组合;将样本数据集输入至最优超参数组合的支持向量机回归模型进行训练,使模型学习归一化短时域光强信号与初相位的非线性映射关系。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述去直流操作采用均值相减法,计算拼接后的含直流常数项相位信号的平均值,将每个相位值减去所述平均值,得到消除直流常数项的待测物理参量信号。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粒子群优化的支持向量机回归模型将单个PGC调制周期长度的归一化短时域光强信号视为一个独立的相位预测单元,单个单元对应输出一个初相位值。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述归一化长时域光强数字信号的分割方式为无重叠等长分割,分割后的每个归一化短时域光强信号的时间长度与PGC高频载波调制的周期完全一致,保证每个短时域信号包含完整的单周期PGC调制特征。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信号处理解调装置为数据处理计算机或FPGA开发板,所述随机森林回归模型和粒子群优化的支持向量机回归模型通过软件编程或硬件逻辑电路的方式部署于信号处理解调装置中,实现PGC调制深度计算和光强-相位映射的实时并行处理。
10.一种基于机器学习的PGC光强与相位映射解调装置,其特征在于,所述装置包括依次连接的单频激光器、干涉型光纤传感器、光电探测器、数据采集卡及信号处理解调装置,所述信号处理解调装置内置随机森林回归模型、粒子群优化的支持向量机回归模型和反馈控制模块;单频激光器输出单频光至干涉型光纤传感器,数据采集卡通过内调制或外调制方式对单频光或干涉型光纤传感器施加PGC高频载波调制,干涉型光纤传感器输出携带有待测物理参量的干涉光;光电探测器将所述干涉光转换为电信号,数据采集卡将所述电信号转换为归一化长时域光强数字信号,并将其传输至信号处理解调装置;信号处理解调装置将所述归一化长时域光强数字信号分割为若干个长度为单个PGC调制周期的归一化短时域光强信号,作为随机森林回归模型和粒子群优化的支持向量机回归模型的输入数据;并对其中一个所述归一化短时域光强信号进行傅里叶变换,得到频域特征信号,将所述频域特征信号输入至训练好的随机森林回归模型,输出当前系统的PGC调制深度;反馈控制模块根据所述PGC调制深度,实时调整数据采集卡的PGC调制电压,将系统PGC调制深度稳定至固定值,得到参数稳定后的归一化短时域光强信号;信号处理解调装置将所有参数稳定后的归一化短时域光强信号输入至训练好的粒子群优化的支持向量机回归模型,输出每个归一化短时域光强信号对应的初相位值;将所有所述初相位值按时间顺序进行拼接,得到含直流常数项的相位信号;对所述含直流常数项的相位信号执行去直流操作,消除系统相位时延引入的直流常数项,解调出待测物理参量信号。