[發明專利]一種應用于海水信道的激光傳輸特性的模擬方法

有效

• 申請號: 201711018216.0
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108023652B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 楊祎;賀鋒濤;扶華
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B10/079;H04B13/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

本發明公開了一種應用于海水信道的激光傳輸特性的模擬方法，發射端產生光子；光子狀態初始化；隨機遷移；判斷是否發生碰撞，如果發生碰撞，則進行下一步，否的話得到光子位置(x,y,z)，此時光子權重w＝1，計算出光子碰撞后散射角、方向角和光子的自由路徑；得到光子運動方向，判斷是否μ_zn≥0，是的話進行下一步，判斷是否到達接收面，是的話進行下一步，接收端統計光子在到達位置的權重值，完成激光傳輸特性的模擬。發明的有益效果是對于水下激光通信的模擬較為精確。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種應用于海水信道的激光傳輸特性的模擬方法。

背景技術

水下無線光通信在海洋戰略中發揮著重要的作用。深海里的水下無線傳感器網絡對水下信息進行實時監測，AUV(水下智能航行器)輔助潛水員對海洋資源的數據采集，都需要依賴高速率的水下通信技術。研究表明，藍綠光在海水中的衰減比其他光波段的衰減要小很多，又由于藍綠激光穿透能力強、工作頻率高、傳送信息量大和抗干擾能強，在水下的傳輸速率可達Gbit/s，因此藍綠激光通信在水下通信技術中具有一定的潛能。但由于海水中含有很多雜質，如浮游植物、懸浮粒子和黃色物質等，使海水具有一定的復雜性，目前水下激光通信模擬研究方法不夠精確，水下激光通信的研究受到了一定的限制。所以研究藍綠激光在海水信道中的特性尤其重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于海水信道的激光傳輸特性的模擬方法，解決了激光在海水信道中傳輸環境復雜，水下激光通信的模擬研究方法不精確受到了一定的限制的問題。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：發射端產生光子；

步驟2：光子狀態初始化；

步驟3：隨機遷移；

光子在海水中傳輸時會與海水中的水分子和雜質發生隨機碰撞過程，從而改變光子的傳輸方向；

步驟4：判斷是否發生碰撞，如果發生碰撞，則進行下一步，否的話得到光子位置(x,y,z)，此時光子權重w＝1，然后跳到步驟7；

步驟5：計算出光子碰撞后散射角、方向角和光子的自由路徑；

光子在傳輸過程中發生碰撞時，測量所得新的參數其中，θ_n指散射角；指方向角；d_n是光子從起始點開始碰撞n次后，距離起始位置的距離，由每次碰撞后沿z方向的距離的總和；

步驟6：得到光子運動方向，判斷是否μ_zn≥0，是的話進行下一步，否則跳到步驟2；

步驟7：判斷是否到達接收面，是的話進行下一步，否則跳到步驟5；

步驟8：接收端統計光子在到達位置的權重值，完成激光傳輸特性的模擬。

進一步，步驟1中產生光子的發射端光源為點光源，光出射能量相同，光子出射角為0rad到1mrad的隨機分布。

進一步，步驟2中光子發散角θ的余弦值服從[0.999999，1]的隨機分布，方位角φ＝2πr，r服從[0，1]的隨機分布，初始權重w＝1，單次散射率其中b為海水的散射系數，c為海水的衰減系數，w₀會隨著海水衰減系數不同而變化，非對稱因子g＝0.924；

進一步，步驟5中θ_n和由下式來表示：

隨機碰撞后的方向：

μ_zn是光子第n次碰撞沿z方向的單次碰撞長度。