本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，特別是指一種基于云計算的窄線寬1200nm半導(dǎo)體激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)窄線寬半導(dǎo)體激光器，主要依賴于本地設(shè)備進行激光器的監(jiān)測和控制，這導(dǎo)致了監(jiān)測范圍的嚴(yán)重受限。一旦激光器部署在遠離監(jiān)控中心的位置，就難以實現(xiàn)實時的、高效的監(jiān)測和管理，從而增加了運維的難度和成本。由于數(shù)據(jù)需要在本地采集后，再通過有線或無線方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行分析和處理，這一過程往往耗時較長，導(dǎo)致響應(yīng)速度慢。在需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場景中，如光通信系統(tǒng)的實時調(diào)整或激光雷達的緊急測距，這種延遲可能會帶來嚴(yán)重的性能問題。

2、本地設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力往往有限，難以處理大規(guī)模、高維度的激光器狀態(tài)數(shù)據(jù)。這限制了對激光器性能的深入分析和優(yōu)化，也影響了異常檢測的準(zhǔn)確性和及時性。傳統(tǒng)技術(shù)需要部署大量的本地監(jiān)測設(shè)備，并配備專業(yè)的運維人員進行定期的檢查和維護。這不僅增加了硬件成本，也提高了人力成本，使得整體維護成本居高不下。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴大和激光器數(shù)量的增加，傳統(tǒng)技術(shù)難以快速擴展以滿足新的需求。增加新的監(jiān)測設(shè)備需要額外的投入和時間，而且可能面臨兼容性和整合性的問題。缺乏智能化的管理功能，如遠程參數(shù)調(diào)整、故障預(yù)警、趨勢預(yù)測等。這使得運維人員難以對激光器進行精細化的管理，也限制了激光器性能的充分發(fā)揮。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于云計算的窄線寬1200nm半導(dǎo)體激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提高激光器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，還能降低維護成本，提升應(yīng)用效率。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于云計算的窄線寬1200nm半導(dǎo)體激光器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括：

4、激光發(fā)射模塊，用于使用半導(dǎo)體激光器，發(fā)射窄線寬1200nm的激光束；

5、數(shù)據(jù)采集模塊，用于與激光發(fā)射模塊連接，實時獲取激光束的狀態(tài)參數(shù)，包括功率、波長、線寬及工作環(huán)境數(shù)據(jù)，并將傳感器輸出的信號進行預(yù)處理和數(shù)字化轉(zhuǎn)換；

6、云端處理平臺模塊，用于接收并處理數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時分析、異常檢測、趨勢預(yù)測及遠程監(jiān)控，云端處理平臺的分析結(jié)果；

7、用戶交互界面模塊，用于遠程訪問云端處理平臺，查看實時數(shù)據(jù)、歷史記錄、分析報告，并遠程調(diào)整激光器工作參數(shù)或觸發(fā)預(yù)警方案；

8、反饋控制系統(tǒng)模塊，用于根據(jù)云端處理平臺的分析結(jié)果，自動調(diào)整激光發(fā)射模塊的工作狀態(tài)，包括調(diào)節(jié)激光功率、穩(wěn)定波長。

9、進一步的，與激光發(fā)射模塊連接，實時獲取激光束的狀態(tài)參數(shù)，包括功率、波長、線寬及工作環(huán)境數(shù)據(jù)，并將傳感器輸出的信號進行預(yù)處理和數(shù)字化轉(zhuǎn)換，包括：

10、對激光束進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測的物理量，包括光強、波長偏移轉(zhuǎn)換成電信號；

11、信號調(diào)理單元對電信號進行預(yù)處理，包括信號的放大、信號的濾波和調(diào)理，得到處理后電信號；

12、處理后電信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

13、進一步的，接收并處理數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時分析、異常檢測、趨勢預(yù)測及遠程監(jiān)控，云端處理平臺的分析結(jié)果，包括：

14、云端處理平臺實時接收數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)募す馐鵂顟B(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，包括功率、波長、線寬及工作環(huán)境數(shù)據(jù)；

15、對激光束狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到處理后數(shù)據(jù)；

16、根據(jù)處理后數(shù)據(jù)，云端處理平臺實時計算關(guān)鍵指標(biāo)和統(tǒng)計量，包括標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值，以反映激光束的當(dāng)前狀態(tài)；

17、利用關(guān)鍵指標(biāo)和統(tǒng)計量，構(gòu)建箱線圖，對實時數(shù)據(jù)進行分析，自動識別異常數(shù)據(jù)點，并觸發(fā)報警方案，得到實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果；

18、根據(jù)實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)，利用時間序列，建立預(yù)測模型，以對未來趨勢預(yù)測；

19、通過對數(shù)據(jù)實時分析、異常檢測和趨勢預(yù)測，得到云端處理平臺的分析結(jié)果，包括關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計、異常點識別、未來趨勢預(yù)測。

20、進一步的，利用關(guān)鍵指標(biāo)和統(tǒng)計量，構(gòu)建箱線圖，對實時數(shù)據(jù)進行分析，自動識別異常數(shù)據(jù)點，并觸發(fā)報警方案，得到實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果，包括：

21、根據(jù)箱線圖，判斷實時數(shù)據(jù)點是否落在正常范圍內(nèi)，若數(shù)據(jù)點落在箱線圖的異常值區(qū)域或超出箱線圖的范圍，則識別為異常數(shù)據(jù)點；

22、設(shè)置模擬退火的初始參數(shù)，包括初始溫度、降溫速率、終止溫度，并將實時數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)點作為模擬退火的輸入數(shù)據(jù)；

23、通過對箱線圖的分析和異常數(shù)據(jù)點的識別，計算目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)當(dāng)前解，通過擾動，生成新解；

24、評估新解對應(yīng)的數(shù)據(jù)點是否更接近正常范圍，并與當(dāng)前解的目標(biāo)函數(shù)值進行比較，根據(jù)模擬退火的接受概率，判斷是否接受新解，若接受新解，則更新當(dāng)前解為新解；

25、按照設(shè)定的降溫速率降低溫度，重復(fù)擾動產(chǎn)生新解，評估更新當(dāng)前解，直至達到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，輸出最終解，并將最終解作為激光器工作參數(shù)調(diào)整方案；

26、根據(jù)最終解調(diào)整激光器工作參數(shù)，得到實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

27、進一步的，目標(biāo)函數(shù)值的計算公式為：

28、；

29、其中，表示目標(biāo)函數(shù)值；表示激光束狀態(tài)參數(shù)的數(shù)量；表示第個狀態(tài)參數(shù)的權(quán)重；表示第個狀態(tài)參數(shù)的偏差；表示第個狀態(tài)參數(shù)的懲罰系數(shù)；表示第個狀態(tài)參數(shù)偏差的指數(shù)；表示第個狀態(tài)參數(shù)的趨勢預(yù)測項；表示第個狀態(tài)參數(shù)與第個狀態(tài)參數(shù)之間的相互作用系數(shù)；表示第個狀態(tài)參數(shù)的偏差；、表示索引變量。

30、進一步的，接受概率的計算公式為：

31、；

32、其中，表示當(dāng)前溫度；表示動態(tài)調(diào)整系數(shù)；表示當(dāng)前迭代次數(shù)；表示最大迭代次數(shù)；表示歷史平均目標(biāo)函數(shù)值差異；表示歷史最大目標(biāo)函數(shù)值差異；表示新解與當(dāng)前解之間的目標(biāo)函數(shù)值差異；表示調(diào)節(jié)參數(shù)；表示閾值參數(shù)。

33、進一步的，根據(jù)實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)，利用時間序列，建立預(yù)測模型，以對未來趨勢預(yù)測，包括：

34、整合實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)，包括激光束的功率、波長、線寬及工作環(huán)境數(shù)據(jù)，以及通過箱線圖分析得到的異常點識別信息，得到整合后數(shù)據(jù)集；

35、將整合后數(shù)據(jù)集按照時間順序排列，構(gòu)建時間序列數(shù)據(jù)；

36、確定指數(shù)平滑模型，并使用時間序列數(shù)據(jù)對預(yù)測模型進行訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中，指數(shù)平滑模型學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的時間依賴性和趨勢，以對未來數(shù)據(jù)進行預(yù)測；

37、使用指數(shù)平滑模型作為預(yù)測模型，并使用時間序列數(shù)據(jù)對指數(shù)平滑模型進行訓(xùn)練；

38、在訓(xùn)練過程中，指數(shù)平滑模型根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，對未來數(shù)據(jù)進行預(yù)測。

39、進一步的，根據(jù)云端處理平臺的分析結(jié)果，自動調(diào)整激光發(fā)射模塊的工作狀態(tài)，包括調(diào)節(jié)激光功率、穩(wěn)定波長，包括：

40、在激光功率和波長的解空間內(nèi)隨機生成一組初始解，每個解代表一組激光功率和波長的設(shè)定值；

41、根據(jù)云端處理平臺的分析結(jié)果，定義一個適應(yīng)度函數(shù)，以評估每個個體的性能，得到適應(yīng)度評估結(jié)果；

42、根據(jù)適應(yīng)度評估結(jié)果，確定個體作為父代，并對確定的父代進行交叉操作，通過組合父代的基因，生成新的個體；

43、對新的個體進行變異操作，并重復(fù)執(zhí)行選擇、交叉和變異操作，直到達到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，確定最終參數(shù)；

44、根據(jù)最終參數(shù)，云端處理平臺生成控制指令，包括調(diào)整的激光功率和波長值，并將控制指令發(fā)送至反饋控制系統(tǒng)模塊；

45、反饋控制系統(tǒng)模塊接收云端處理平臺的控制指令，根據(jù)控制指令，通過控制激光發(fā)射模塊中的電源、溫控器組件，自動調(diào)整激光功率和波長至最終設(shè)定值。

46、進一步的，適應(yīng)度函數(shù)的計算公式為：；

47、其中，表示解的適應(yīng)度值；表示解向量；表示第個狀態(tài)參數(shù)在輸入下的實際值；表示第個狀態(tài)參數(shù)的目標(biāo)值；表示第個狀態(tài)參數(shù)的容差范圍；表示趨勢項的數(shù)量；表示趨勢項的索引；表示第個趨勢項的權(quán)重；表示第個趨勢在輸入下的實際值；表示第個趨勢的目標(biāo)值。

48、進一步的，根據(jù)適應(yīng)度評估結(jié)果，確定個體作為父代，并對確定的父代進行交叉操作，通過組合父代的基因，生成新的個體，包括：

49、根據(jù)適應(yīng)度評估結(jié)果，得到適應(yīng)度值列表；

50、根據(jù)適應(yīng)度值列表，使用輪盤賭確定個體作為父代；

51、將通過輪盤賭確定的父代個體進行配對，并對于每一對配對的父代，執(zhí)行交叉操作，生成兩個新的個體

52、本發(fā)明的上述方案至少包括以下有益效果：

53、通過數(shù)據(jù)采集模塊與激光發(fā)射模塊的緊密連接，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測激光束的功率、波長、線寬及工作環(huán)境數(shù)據(jù)，確保激光器的穩(wěn)定運行。同時，用戶交互界面模塊使得運維人員能夠遠程訪問云端處理平臺，隨時查看實時數(shù)據(jù)、歷史記錄和分析報告，實現(xiàn)了對激光器的遠程管理，極大提高了管理效率和響應(yīng)速度。云端處理平臺模塊憑借其強大的計算能力，能夠高效處理數(shù)據(jù)采集模塊上傳的大量數(shù)據(jù)，進行實時分析、異常檢測和趨勢預(yù)測。這不僅提高了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和及時性，還為激光器的性能優(yōu)化和故障預(yù)警提供了有力支持。

54、反饋控制系統(tǒng)模塊根據(jù)云端處理平臺的分析結(jié)果，能夠自動調(diào)整激光發(fā)射模塊的工作狀態(tài)，如調(diào)節(jié)激光功率、穩(wěn)定波長，確保激光器始終保持在最佳工作狀態(tài)。同時，系統(tǒng)還能通過用戶交互界面模塊觸發(fā)預(yù)警方案，及時通知運維人員處理潛在故障，有效避免了因激光器故障導(dǎo)致的系統(tǒng)中斷或性能下降。傳統(tǒng)的本地監(jiān)測設(shè)備需要大量的人力物力進行維護，而本系統(tǒng)通過云端處理平臺實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和管理，減少了本地設(shè)備的部署和維護成本。同時，智能化的調(diào)節(jié)和預(yù)警功能也降低了因故障導(dǎo)致的維修成本和停產(chǎn)損失。

55、云計算平臺具有良好的可擴展性，能夠輕松應(yīng)對激光器數(shù)量的增加和應(yīng)用規(guī)模的擴大。運維人員可以根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)整云端資源，確保系統(tǒng)始終滿足應(yīng)用需求。同時，系統(tǒng)還支持多種類型的激光器和傳感器接入，提高了系統(tǒng)的靈活性和兼容性。本系統(tǒng)的實施不僅提升了激光器的性能和穩(wěn)定性，還為激光技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用拓展提供了有力支撐。通過云計算平臺的數(shù)據(jù)分析和處理，運維人員可以深入挖掘激光器的潛在性能。