[发明专利]一种应用于海水信道的激光传输特性的模拟方法

说明书

本发明公开了一种应用于海水信道的激光传输特性的模拟方法，发射端产生光子；光子状态初始化；随机迁移；判断是否发生碰撞，如果发生碰撞，则进行下一步，否的话得到光子位置(x,y,z)，此时光子权重w＝1，计算出光子碰撞后散射角、方向角和光子的自由路径；得到光子运动方向，判断是否μ_zn≥0，是的话进行下一步，判断是否到达接收面，是的话进行下一步，接收端统计光子在到达位置的权重值，完成激光传输特性的模拟。发明的有益效果是对于水下激光通信的模拟较为精确。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种应用于海水信道的激光传输特性的模拟方法。

背景技术

水下无线光通信在海洋战略中发挥着重要的作用。深海里的水下无线传感器网络对水下信息进行实时监测，AUV(水下智能航行器)辅助潜水员对海洋资源的数据采集，都需要依赖高速率的水下通信技术。研究表明，蓝绿光在海水中的衰减比其他光波段的衰减要小很多，又由于蓝绿激光穿透能力强、工作频率高、传送信息量大和抗干扰能强，在水下的传输速率可达Gbit/s，因此蓝绿激光通信在水下通信技术中具有一定的潜能。但由于海水中含有很多杂质，如浮游植物、悬浮粒子和黄色物质等，使海水具有一定的复杂性，目前水下激光通信模拟研究方法不够精确，水下激光通信的研究受到了一定的限制。所以研究蓝绿激光在海水信道中的特性尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于海水信道的激光传输特性的模拟方法，解决了激光在海水信道中传输环境复杂，水下激光通信的模拟研究方法不精确受到了一定的限制的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：发射端产生光子；

步骤2：光子状态初始化；

步骤3：随机迁移；

光子在海水中传输时会与海水中的水分子和杂质发生随机碰撞过程，从而改变光子的传输方向；

步骤4：判断是否发生碰撞，如果发生碰撞，则进行下一步，否的话得到光子位置(x,y,z)，此时光子权重w＝1，然后跳到步骤7；

步骤5：计算出光子碰撞后散射角、方向角和光子的自由路径；

光子在传输过程中发生碰撞时，测量所得新的参数其中，θ_n指散射角；指方向角；d_n是光子从起始点开始碰撞n次后，距离起始位置的距离，由每次碰撞后沿z方向的距离的总和；

步骤6：得到光子运动方向，判断是否μ_zn≥0，是的话进行下一步，否则跳到步骤2；

步骤7：判断是否到达接收面，是的话进行下一步，否则跳到步骤5；

步骤8：接收端统计光子在到达位置的权重值，完成激光传输特性的模拟。

进一步，步骤1中产生光子的发射端光源为点光源，光出射能量相同，光子出射角为0rad到1mrad的随机分布。

进一步，步骤2中光子发散角θ的余弦值服从[0.999999，1]的随机分布，方位角φ＝2πr，r服从[0，1]的随机分布，初始权重w＝1，单次散射率其中b为海水的散射系数，c为海水的衰减系数，w₀会随着海水衰减系数不同而变化，非对称因子g＝0.924；

进一步，步骤5中θ_n和由下式来表示：

随机碰撞后的方向：

μ_zn是光子第n次碰撞沿z方向的单次碰撞长度。