基于退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法及控制系统

摘要

一种基于退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法及控制系统。在偏振控制中，采用模拟退火算法作为控制算法，并利用偏振控制器对干涉光波偏振态进行调制。以分布式光纤扰动定位系统中探测器接收的两路干涉信号之间的相关度作为反馈信号，利用模拟退火算法搜索两路信号差值最小时对应的偏振控制器外加电压值。该偏振控制系统包括：基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的连续分布式光纤传感系统，挤压型偏振控制器，双折射相位调制器，单片机系统，计算机及算法软件。本方法提出的光纤干涉偏振态控制方法，通过控制调整干涉光的偏振态，能够有效地提高系统的抗偏振衰落能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统定位精度的影响。

权利要求

1.一种应用于分布式光纤扰动定位系统的偏振控制方法，其特征在于该方法的实现方式为：在分布式光纤扰动定位系统中，将传感光纤一臂的光信号输入到挤压型偏振控制器中，经过偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机；

计算机根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整模拟退火算法中各粒子的位置向量，即改变各位置向量对应的外加到挤压型偏振控制器上的前两个光纤挤压器上的电压值，对挤压型偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的模拟退火算法的具体过程是：偏振控制中使用的挤压型偏振控制器的两个挤压器，可以将该问题用以下函数描述：C=f(V1,V2)

其中Vi,i=1,2分别为两个挤压器上所施加的电压值，C为此时对应的定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度；当C达到最大时的Vi值为最佳电压值，此时系统处于最佳工作状态，从而实现了偏振控制，提高了系统的定位精度；

作为偏振控制的模拟退火算法的搜索过程如下：

（1）设置初始温度T0，终止温度Te，衰减系数α以及两路信号相关度的设定最优值Cm，其中初始温度T0、终止温度Te以及α的设置需要兼顾全局搜索性能和计算时间，并且α需满足条件：0<α<1；挤压型偏振控制器的状态用向量X=(V1,V2)描述，它表示最优化问题C=f(V1,V2)的一个解向量，随机生成一个初始解向量X0=(V10,V20)，并将与初始解向量X0对应的两路信号的相关度C0分别赋给当前最优解向量Xb与当前最优相关度Cb，设置当前退火温度T=T0；

（2）判断Cb和Cm的大小，若Cb≤Cm，则结束循环，输出最优解向量Xb与最优相关度Cb；

若Cb>Cm，则执行步骤（3）；

（3）设置内循环次数n，并置循环初值i为1；以当前最优解Xb作为圆心，根据

2 2 2

(V1k-V1b)+(V2k-V2b) ≤R 确定一半径为R的圆域，在圆域中取一任意解Xk，并求得与Xk对应两路信号的相关度Ck；

（4）判断Ck与Cb的大小，若Ck≤Cb，更新最优解向量Xb和当前最优相关度Cb，使得Xb=Xk以及Cb=Ck，并跳转到步骤（6）；若Ck>Cb，则执行步骤（5）；

（5）计算概率P=exp(-△C/T)，其中△C=Ck-Cb，T为当前退火温度；随机产生一个0～

1间的数a，若P≥a，则接受Xk为新的最优解Xb，否则继续以状态Xb迭代；更新内循环次数i=i+1；若i＜n，则回到步骤（2）；若i≥n，则根据温度更新函数Tk+1=αTk更新当前温度使得T=αT；

（6）判断当前温度T与终止温度Te的关系，当T≥Te时，回到步骤（2）；当T

3.一种实现权利要求1所述的方法的偏振控制系统，其特征在于该偏振控制系统包括：基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器：用于产生干涉信号，进行扰动定位，偏振控制系统是在该传感器的基础上加上挤压型偏振控制器件实现的；

挤压型偏振控制器：拥有四个挤压方向成45°交错排列的挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波；将挤压型偏振控制器加在上述基本分布式光纤传感器传感光纤的其中一路，通过调制该路光信号的偏振态实现偏振控制；

LiNbO3双折射相位调制器：用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感器的与挤压型偏振控制器所在端对应的传感光纤的另一路，用于产生正弦相位调制，相位调制信号经过双Mach-Zehnder光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感器中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等；

数据采集卡：对两个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理；

计算机：通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到挤压型偏振控制器和相位调制器；

单片机系统：通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制挤压型偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。

说明书

基于退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法及控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于传感及检测技术领域。

背景技术

[0002] 随着科技的发展与人们安防意识的增强，研制一种探测范围大、能耗小、成本低的周界安全系统成为一个必须且迫切需要解决的问题。分布式光纤振动传感系统凭借其灵敏度高，抗电磁干扰，无需供电等优点，在军事防御、金融防护、能源安全、社区安保等安防领域已有了广泛的应用，并且在未来还将有着广大的应用前景。

[0003] 由于光波产生干涉的必要条件之一就是参与干涉的光矢量振动方向相同，即有相同的偏振方向分量。实际扰动系统采用的光纤为普通单模光纤，由于单模光纤的双折射特性，光波进入光纤后偏振态会发生改变，导致线偏光的偏振态退化。在传感领域，这会导致干涉条纹可见度降低，甚至干涉条纹消失，于是使系统对扰动的定位精度大大下降。

[0004] 使用保偏光纤虽然能保持光的偏振态不变，但由于分布式光纤振动传感系统的光纤敷设距离一般都长达几十公里，使用保偏光纤会使系统成本过高。因此，在实际应用中，我们必须采取另一种手段对抗系统中光的偏振退化，补偿光的偏振态改变，从而尽可能地消除单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准。

发明内容

[0005] 本发明目的是解决现有方法因单模光纤的双折射特性导致的系统定位不准的问题，提供一种基于模拟退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法及偏振控制系统，用该方法调整分布式光纤振动传感系统一臂中的信号光偏振态，可以尽量保持系统两臂中的信号光偏振态一致，从而提高系统的定位精度。

[0006] 具体技术方案：

[0007] 1、分布式光纤振动传感系统的基本原理

[0008] 分布式光纤扰动定位系统如图1所示，该系统基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪原理，利用光缆中的两条单模光纤构成Mach-Zehnder光纤干涉仪的两个测试光纤来感应光缆周围的扰动信号。

[0009] 两路传感光纤同时传播方向相反的两组光波，光缆周围的扰动能够对光纤中传播的光波相位进行调制，从而对干涉信号进行调制，相位经过调制的两束光在耦合器中发生干涉，干涉光经过环形器输出到光电探测器。由于扰动发生位置到分布式传感器两端光电探测器的距离不同，而光波在光纤中的传播速度是一定的，因此根据两个光电探测器检测到同一事件的时间差，即可精确定位出事件发生的地点。定位原理如图2所示。设分布式光纤扰动定位系统的两个光电探测器D1和D2检测到同一扰动事件的时间分别为t1和t2，Δt＝t1-t2，L为传感光缆的长度，x为扰动点距离第二耦合器5的位置，其定位公式为[0010]

[0011] 式中，v为光波在单模光纤中的传播速度，单位m/s，其中v＝c/n，c是光在真空中8
的速度(3×10m/s)，n是光纤的折射率。

[0012] 2、基于模拟退火算法的光纤扰动系统偏振控制方法

[0013] 本发明采用模拟退火算法作为控制算法，控制挤压光纤型偏振控制器对光信号偏振态进行控制，在偏振控制中，以分布式光纤振动传感系统中两探测器接收的两路信号作为输入，利用模拟退火算法搜索两路信号差值最小时对应的偏振控制器外加电压值。本方法提出了一种对光纤中干涉光的偏振态进行控制方法，能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。

[0014] 该方法的实现步骤是：

[0015] 第1、在光纤振动传感系统中，将传感光纤的一臂中传输的光信号输入偏振控制器，将这路经过偏振控制的干涉光与另一路干涉光分别进入两个光电探测器，用数据采集卡采集两路信号并输入计算机；

[0016] 第2、计算机通过模拟退火算法判断两路信号对比度的差值调整偏振状态，即改变挤压型偏振控制器的外加电压值，对经过偏振控制器的信号光实现连续控制，并利用反馈信号进行算法的全局最佳值的搜索，直到两路信号的相关程度达到搜索终止要求时终止；通过本方法调整系统中干涉光的偏振态，能够有效抑制数据的偏振误差，从而提高系统对扰动的定位精度。

[0017] 模拟退火算法

[0018] 模拟退火算法的迭代过程是模拟退火工艺中的物质缓慢冷却过程。退火的冷却过程是物体内能缓慢降低的过程，从热学的角度来看，可以将整个的内能降低过程等效看作一系列平衡态的过渡。即物体内能从较高的状态通过一系列特定的温度点缓慢降低到零，在不同的温度点之间是热交换过程，而在各个温度点都是准平衡状态。退火算法适用于多维空间中的寻优过程，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度。

[0019] 偏振控制的反馈控制，事实是在波片相移解空间对光强这一目标函数进行寻优。基于此，本发明构想利用模拟退火算法进行延迟量控制型偏振控制器的偏振态控制。在由多个波片延迟量所构成的解空间，一个固定方向的输出偏振态光强具有许多鞍点，利用模拟退火算法全局收敛性应能有效的解决原来基于梯度法的假收敛问题。

[0020] 在偏振控制中以分布式光纤振动传感系统中两探测器接收的两路信号的差值(两路信号差值越小，相似性越好，相关度越高)作为反馈信号，即算法的目标值，因此目标函数的最佳解为两路信号差值最小时对应的偏振控制器的外加电压值。两路信号差值在算法的作用下趋于最小，当两路信号差值满足迭代终止条件时停止搜索，并把最佳解对应的电压值写入偏振控制器，从而完成偏振控制过程。

[0021] 该偏振控制方法的流程如下：

[0022] 第一、给传感系统一臂上的相位调制器施加一定频率和幅值的正弦波，作为参考信号。

[0023] 第二、判断分布式光纤扰动定位系统中两探测器接收的两路信号的差值是否大于所设定的阈值，若差值大于阈值，则计算机运行程序，利用模拟退火算法对施加到偏振控制器上的最佳电压值进行搜索，从而实现偏振控制。

[0024] 偏振控制中使用的偏振控制器的两个挤压器，可以将该问题用以下函数描述：

[0025] C＝f(V1，V2)

[0026] 其中Vi，i＝1，2分别为两个挤压器上所施加的电压值，C为此时对应的定位系统中两个光电探测器接收的两路信号的相关度；当C达到最大时的Vi值为最佳电压值，此时系统处于最佳工作状态，从而实现了偏振控制，提高了系统的定位精度；

[0027] 作为偏振控制的模拟退火算法的搜索过程如下：

[0028] (1)设置初始温度T0，终止温度Te，衰减系数α以及两路信号相关度的设定最优值Cm，其中初始温度T0、终止温度Te以及α的设置需要兼顾全局搜索性能和计算时间，并且α需满足条件：0＜α＜1；偏振控制器的状态用向量X＝(V1，V2)描述，它表示最优化问题C＝f(V1，V2)的一个解向量，随机生成一个初始解向量X0＝(V10，V20)，并将与初始解向量X0对应的两路信号的相关度C0分别赋给当前最优解向量Xb与当前最优相关度Cb，设置当前退火温度T＝T0；

[0029] (2)判断Cb和Cm的大小，若Cb≤Cm，则结束循环，输出最优解向量Xb与最优相关度Cb；若Cb＞Cm，则执行步骤(3)；

[0030] (3)设置内循环次数n，并置循环初值i为1；以当前最优解Xb作为圆心，根据2 2 2
(V1k-V1b)+(V2k-V2b) ≤R 确定一半径为R的圆域，在圆域中取一任意解Xk，并求得与Xk对应两路信号的相关度Ck；

[0031] (4)判断Ck与Cb的大小，若Ck≤Cb，更新最优解向量Xb和当前最优相关度Cb，使得Xb＝Xk以及Cb＝Ck，并跳转到步骤(6)；若Ck＞Cb，则执行步骤(5)；

[0032] (5)计算概率P＝exp(-ΔC/T)，其中ΔC＝Ck-Cb，T为当前退火温度；随机产生一个0：1间的数a，若P≥a，则接受Xk为新的最优解Xb，否则继续以状态Xb迭代；更新内循环次数i＝i+1；若i＜n，则回到步骤2；若i≥n，则根据温度更新函数Tk+1＝αTk更新当前温度使得T＝αT；

[0033] (6)判断当前温度T与终止温度Te的关系，当T≥Te时，回到步骤2；当T＜Te时，程序终止，输出最优解向量Xb与最优相关度Cb。

[0034] 3、一种实现上述偏振控制方法的控制系统，包括：

[0035] 基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的基本分布式光纤传感器：用于产生干涉信号，进行扰动定位，偏振控制系统是在该传感器的基础上加上偏振控制器件实现的；

[0036] 挤压型偏振控制器：拥有四个挤压方向成45°交错排列的挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波；将偏振控制器加在上述基本分布式光纤传感器传感光纤的其中一路，通过调制该路光信号的偏振态实现偏振控制；

[0037] LiNbO3双折射相位调制器：用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感器的与偏振控制器所在端对应的传感光纤另一路，用于产生正弦相位调制，相位调制信号经过双Mach-Zehnder光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感器中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等；

[0038] 数据采集卡：对两个光电探测器的电压信号进行采集，并送入计算机处理；

[0039] 计算机：通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到偏振控制器和相位调制器；

[0040] 单片机系统：通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。

[0041] 该偏振控制系统见图5。

[0042] 本发明的优点和有益效果：

[0043] 目前，大部分的分布式光纤扰动定位系统由于没有进行偏振控制，导致定位精度较差。本发明提出了一种用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制方法。利用该方法能够有效地提高系统的抗偏振退化能力，并很大程度上消除单模光纤双折射对系统的扰动定位精度的影响。本方法所使用的模拟退火算法是一种在非线性规划问题中求取全局最优解的方法，具有较好的全局最优值搜索性能，并且也具有较高的收敛速度，能有效地解决原来基于梯度法的假收敛问题。

附图说明

[0044] 图1是分布式光纤扰动定位系统；

[0045] 图2是定位原理图；

[0046] 图3是分布式光纤扰动定位系统采集的未进行偏振控制的两路信号；

[0047] 图4是偏振控制之后系统采集的两路信号；

[0048] 图5是偏振控制系统；

[0049] 图6是偏振控制算法搜索示意图；

[0050] 图中，1和9是激光器，2和10是第一耦合器，5和13是第二耦合器，6和14是第三耦合器，3和11是第一光环形器，4和12是第二光环形器，7a是光缆中传感光纤F1，7b是光缆中传感光纤F2，8a和18a是第一光电探测器D1，8b和18b是第二光电探测器D2，15是偏振控制器，16是LiNbO3双折射相位调制器，17是传感光缆，19是单片机系统，20是计算机，21是采集卡。具体实施方式：

[0051] 实施例1：用于分布式光纤扰动定位系统中的偏振控制系统

[0052] 如图5所示，该系统包括：

[0053] 激光器9，第一耦合器10、第二耦合器13和第三耦合器14，第一光环形器11和第二光环形器12，传感光缆17，第一光电探测器18a和第二光电探测器18b。

[0054] 挤压型偏振控制器15：拥有四个挤压方向成45°交错排列的挤压器，控制过程中使用其中的前两个光纤挤压器，对两个挤压器施加不同组合的电压能够对输入光波的偏振态进行不同的调制，从而输出不同偏振态的光波。将偏振控制器加在基本分布式光纤传感系统传感光纤的其中一路，通过调制该路光信号的偏振态实现偏振控制；

[0055] LiNbO3双折射相位调制器16：用于产生参考信号，加在基本分布式光纤传感系统的与偏振控制器所在端对应的传感光纤另一路，用于产生正弦相位调制，相位调制信号经过双Mach-Zehnder光纤干涉仪干涉产生强度正弦调制，由两个光电探测器分别接收，若不存在偏振退化，基本分布式光纤传感系统中两个光电探测器接收的两路干涉信号具有固定时延且幅值相等；

[0056] 数据采集卡(DAQ Card)21：对两个光电探测器18a和18b的电压信号进行采集，并送入计算机处理。

[0057] 计算机(PC)20：通过在计算机中的软件编程实现对数据采集卡送入的采集信号的处理，以实现最佳调制电压的迭代搜索，并将搜索到的最佳调制电压通过单片机系统反馈到偏振控制器和相位调制器。

[0058] 单片机系统(SCM)19：通过与计算机进行通信，输出数字信号直接控制偏振控制器；输出正弦波信号，对相位调制器进行调制。

[0059] 实施例2：偏振控制方法

[0060] 两束光产生干涉的重要条件之一就是参与干涉的光为线偏光且偏振方向一致，分布式光纤扰动定位系统的定位算法就是基于同偏振方向线偏光干涉的假设上展开的。

[0061] 分布式光纤扰动定位系统主要用于周界防护、地震监测等，所用光纤长达数十公里甚至上百公里，若应用保偏光纤及其相应配套元件将非常昂贵，基于成本方面的考虑该系统所使用的传感光纤均为普遍使用的单模光纤。

[0062] 普通单模光纤由于几何形状弯曲、周围温度变化等随机因素，以及其他非随机误差的影响，都会引起光纤双折射，从而造成线偏光在普通单模光纤中传输时偏振态发生变化，导致线偏光的偏振态退化。偏振态退化不仅会影响干涉输出信号质量，而且严重影响整个系统的定位精度。

[0063] 图3所示为分布式光纤扰动定位系统未进行偏振控制时所采集的两路信号，图中所示的两路信号相差很大，完全看不出两路信号的联系。对位置128.6m处的点施加扰动，定位结果从174.9m到360m随机分布，与实际位置的最大偏差达到231.4m，平均偏差达到175.9m，完全偏离了实际位置。

[0064] 调整偏振态之后的两路信号状态如图4所示，此时两路信号基本一致。同样对位置128.6m处的扰动进行定位，定位结果由123.4m到133.7m，与实际位置的最大偏差为5.2m，平均偏差为1.6m，定位精度显著上升。

[0065] 因此，在实际应用的分布式光纤扰动定位系统中必须对干涉光采取偏振控制，补偿干涉光偏振态的变化，从而提高整个系统的抗偏振衰落能力，提高系统的定位精度。

[0066] 如图5所示，将传感光纤一臂的光信号输入到偏振控制器15中，经过偏振控制后两路干涉信号分别进入两个光电探测器，数据采集卡采集两路信号并将信号送入计算机。

[0067] 计算机内部软件的退火算法根据所反馈的两路干涉信号的相关度调整混沌粒子群优化算法中各粒子的位置向量，即改变各位置向量对应的外加到偏振控制器挤压器上的电压值。对偏振控制器入射光波的偏振态进行连续控制并利用反馈信号进行最优值搜索，直到反馈信号对应的两路信号的相关度满足搜索终止条件时停止。

[0068] 下面根据图5所示的系统，结合图6所示的搜索流程，首先说明基于退火算法的偏振控制方法的计算过程，然后通过实验说明该控制方法对系统定位精度的影响，最后讨论了退火算法各个参数的取值规律。

[0069] 1、为了解释退火算法的计算过程，用某次偏振控制实例来说明：

[0070] (1)初始化设置。初始温度T0＝1，终止温度Te＝0.05，温度衰减系数α＝0.5，用于与两路信号相关度的设定最优值Cm＝0.01，半径R＝100，内循环次数n＝20。随机生成一个初始解向量X0＝(1251，2870)，并将与初始解向量X0对应的两路信号的相关度C0＝0.0495831分别赋给当前最优解向量Xb与当前最优相关度Cb；

[0071] (2)由于此时Cb＝0.0495831＞Cm＝0.01，不满足终止条件，继续执行步骤(3)；

[0072] (3)内循环20次后，Xb＝(1390，2560)，与之对应的最优相关度Cb＝0.0339063大于Cm，更新当前温度T＝0.5；

[0073] (4)更新温度后重复内循环，直到5次内循环之后，Xb＝(1282，1963)，与之对应的最优相关度Cb＝0.021536仍然大于Cm，但此时温度T＝0.03125＜Te＝0.05，满足终止条件，程序终止，此时输出最优解向量Xb＝(1282，1963)与最优相关度Cb＝0.021536；

[0074] 2、该控制方法对系统定位精度的影响：

[0075] 退火算法中的几个参数分别设定为：初始温度T0＝1，终止温度Te＝0.05，温度衰减系数α＝0.5，用于与两路信号相关度的设定最优值Cm＝0.01，半径R＝100，内循环次数n＝20。由此调整偏振状态。

[0076] 表一基于退火算法的偏振控制对系统定位精度的影响实验数据(单位：m)[0077]

[0078] 已知实验中所施加的扰动的位置为128.6m，由实验结果可知，当未调整偏振态时，定位的平均值为304.5m，可知未调整偏振态时的定位精度在176m以上；当调整偏振态之后，定位结果的平均值为137.8m，此时的定位精度为10m以内。可以发现，定位精度上升了近130m。由此可见，加偏振控制可以使系统对扰动的定位更加精确，从而对系统起到了优化的作用。

[0079] 3、退火算法各个参数的取值规律：

[0080] 下面通过几组实验说明在模拟退火算法中，初始温度T0、温度衰减常数α、半径R与内循环次数n等参数的取值规律。

[0081] (1)初始温度T0

[0082] 初始温度T0、终止温度Te与温度衰减常数α是相互制约的，因此应综合考虑。本实验改变T0，其他几个参数的选择分别为：Te＝0.01，α＝0.5，Cm＝0.02，R＝100，n＝30。实验中最后的收敛效果(最优相关度Cb)与收敛时间如下表二所示。

[0083] 表二改变初始温度T0时收敛效果与收敛时间实验数据

[0084]Cb 1 2 3 4 5 平均 t
T0＝0.2 0.0455441 0.0309543 0.0386342 0.0495051 0.0340284 0.03973322 20s
T0＝0.5 0.0565112 0.0664027 0.0312667 0.0667577 0.024546 0.04909686 24.8s
T0＝1 0.024829 0.045174 0.0351302 0.0296336 0.0231083 0.03157502 27s[0085] 由实验数据可以看出，初始温度T0越大，收敛效果越好，但收敛时间上升，后来甚至程序无法运行。综合对比以上实验结果，考虑收敛效果及所用时间，取初始温度T0＝1时实验效果最佳。

[0086] (2)温度衰减常数α

[0087] 温度衰减常数α反映了温度的衰减速度。本实验改变α，其他几个参数的选择分别为：T0＝1，Te＝0.01，Cm＝0.02，R＝100，n＝30。实验得到的收敛效果与收敛时间如下表三所示。

[0088] 表三改变温度衰减常数α时收敛效果与收敛时间实验数据

[0089]Cb 1 2 3 4 5 平均 t
α＝0.2 0.0283965 0.0501971 0.0452508 0.0449461 0.0327374 0.04030558 12.5s
α＝0.5 0.024829 0.045174 0.0351302 0.0296336 0.0231083 0.03157502 27s
α＝1 0.0324687 0.0420882 0.0257653 0.0302355 0.0285679 0.03182512 1min20s[0090] 由实验数据可以看出，在一定范围内，温度衰减常数α越大，降温速度越慢，但相应的解的质量较高。综合对比以上实验结果，α增大时解的质量没有显著提高，但时间有了显著上升，因此在实验中取α＝0.5比较合适。

[0091] (3)取数半径R

[0092] 状态更新函数中的取数半径R决定了状态X的搜索范围。因此，当R太小时，程序不能搜索到整个解空间，会导致返回的的是局部最佳值而不是全局最佳值；而当R太大时，会导致程序无法运行。本实验改变R，其他几个参数的选择分别为：T0＝1，Te＝0.01，Cm＝0.02，α＝0.5，n＝30。实验得到的收敛效果与收敛时间如下表四所示。

[0093] 表四改变取数半径R时收敛效果与收敛时间实验数据

[0094]Cb 1 2 3 4 5 平均 t
R＝10 0.117228 0.0844735 0.117081 0.054626 0.0660967 0.08790104 28.4sR＝50 0.0873674 0.0358196 0.11275 0.0420517 0.0436244 0.06432262 27.8sR＝100 0.024829 0.045174 0.0351302 0.0296336 0.0231083 0.03157502 27s[0095] 由实验数据可以看出，R越大解效果越好，所耗费的时间越少，但R大于100时有时会导致程序难以运行，因此本实验中取R＝100。

[0096] (4)内循环次数n

[0097] 内循环进行的n越多，程序所搜索的解空间越大，同时所消耗的时间越长。本实验改变n，其他几个参数的选择分别为：T0＝1，Te＝0.01，Cm＝0.02，α＝0.5，R＝100。实验得到的收敛效果与收敛时间如下表五所示。

[0098] 表五改变内循环次数n时收敛效果与收敛时间实验数据

[0099]Cb 1 2 3 4 5 平均 t
n＝20 0.0699163 0.0518094 0.0398634 0.0287355 0.0440567 0.04687626 19.8s
n＝30 0.024829 0.045174 0.0351302 0.0296336 0.0231083 0.03157502 27s
n＝40 0.0302194 0.0308112 0.0382326 0.0327123 0.0274071 0.03187652 36.5s[0100] 由实验结果可以看出，当n太小时实验效果不好，n太大时程序无法运行。综合考虑收敛效果、时间与程序质量等因素，可取n＝30。

[0101] 因此通过实验得出这些参数的最优取值分别为：T0＝1，Te＝0.01，Cm＝0.02，α＝0.5，R＝100，n＝30。