[发明专利]水下到达激光信号3dB强度光斑半径的计算方法

权利要求书

1.水下到达激光信号3dB强度光斑半径的计算方法，其特征是，其具体包括步骤如下：

步骤1、将激光通信系统发收天线的准直光轴视为z轴，以实际过程中光子到达平面即接收平面xOy建立xyz坐标系，并在给定信道条件下，基于MC仿真方法对海水中激光信号的传输过程进行仿真，以MC仿真过程中各个光子到达平面即统计平面x′O′y′建立x′y′z坐标系；

步骤2、对于每个光子，在MC仿真过程中，记录该光子在光源处的发射位置并记录该光子在运动过程中的每一次散射的到达坐标(x_i′,y_i′,z_i′)及其对应的单位方向向量当该光子的每一次散射的散射步长l_i在光轴上投影的矢量之和即散射步长矢量和L_z大于等于传输距离Z₀时，表明该光子到达统计平面x′O′y′；

步骤3、基于步骤2所记录的仿真结果，计算每个光子到达接收平面xOy的到达坐标(x_M,y_M,Z₀)，其中：

式中，为光子的发射位置，为光子第i次散射的单位方向向量，为光子到达统计平面x′O′y′的单位方向向量，l_i为第i次散射的散射步长，L_z为散射步长矢量和，Z₀传输距离，i＝1,2,…，M，M为光子到达接收平面时所经历的散射次数；

步骤4、计算每个光子到达接收平面xOy的功率值ω，其中：

ω＝ω₀u^M

式中，ω₀为光子发射时所携带的功率值，u＝K_s(λ)/K_att(λ)为反照率，K_s(λ)为散射系数，K_att(λ)为衰减系数；M为光子到达接收平面时所经历的散射次数；

步骤5、将接收平面xOy的几何中心与激光通信系统发收天线的准直光轴重合，并将接收平面xOy分割成N×N个正方形的面积微元，其中N为能被2整除的正整数；

步骤6、基于MC仿真过程所得到的每个光子到达接收平面xOy的到达坐标(x_M,y_M,Z₀)和功率值ω，统计每个面积微元内所有光子的功率值R_Inty(l，m)，并将所有面积微元内所有光子的功率值R_Inty(l，m)进行累加后得到激光信号到达接收平面上的总功率值R_total：

其中，R_Inty(l，m)为第(l，m)个面积微元所覆盖的功率值，l,m＝-N/2，1 -N/2,…,N/2-1,N/2；

步骤7、以接收平面xOy的几何中心为原点，以当前迭代半径r_3dB(k)作圆，并统计圆内所有光子的功率值之和R_Inty(k)；其中

r_3dB(k)＝(2R_PD/N)×k

式中，2R_PD为接收平面xOy的边长，k为迭代次数，k＝1,2，…，且k≤N/2；

步骤8、求解满足10lg[R_Inty(k)/R_total]≥-3的最小k值，则当前迭代半径r_3dB(k)即为所求的水下到达激光信号3dB强度光斑半径。

2.根据权利要求1所述的水下到达激光信号3dB强度光斑半径的计算方法，其特征是，光子发射时所携带的功率值ω₀为1。