[发明专利]一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法

说明书

本发明属于光通信技术以及大气环境科学领域，具体涉及一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法，将大气气溶胶粒子半径下限取0.001μm，上限取20μm，间隔为0.001μm，对所有粒子光散射进行累积求和，基于离散累积求和改进蒙特卡洛方法；包括米散射，离散累积求和方法，多次散射信道模型；所述多次散射信道模型判断散射类型，确定紫外光子发生的散射类型，如发生气溶胶散射，即符合米散射理论，使用离散累积求和方法计算光散射系数；所述离散累积求和得到多分散系气溶胶模型对“日盲”紫外光的散射、吸收和消光因子。结合离散累积求和方法，对蒙特卡洛方法中求解大气散射、吸收和消光系数方法进行改进，提高了仿真方法的精度。

技术领域

本发明属于光通信技术以及大气环境科学，具体涉及一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法，本发明还涉及对紫外光通信技术与大气环境科学的集成创新。

背景技术

气溶胶粒子不仅在气候变化、空气污染中起着至关重要的作用，它的物理和化学性质的变化会对光的透过率以及光散射特性产生一定的影响。

波长在200～280nm的紫外光称为“日盲”紫外光，“日盲”紫外光利用气溶胶粒子的散射实现非直视通信，可以弥补激光通信必须对准的不足，适用于复杂环境以及强电磁干扰环境等场景中，在通信、探测以及定位方面越来越受到人们所重视。

“日盲”紫外光的传输媒介为大气环境，无论将紫外光技术应用于通信，探测或是目标定位等领域，紫外光都需要在城市大气中传输，受到大气气溶胶粒子的影响。

大气参数的计算以及参数计算方法的改进是紫外光技术发展的重要前提。然而，目前对于紫外光的研究大多是以单分散为基础，没有考虑到实际气溶胶的多分散体系以及实际大气的非干燥环境。而实际大气中气溶胶环境的改变通过对紫外光的吸收和散射作用，会对“日盲”紫外光信息传输产生较大影响。

发明内容

本发明针对单分散为基础没有考虑到实际气溶胶的多分散体系，而实际大气的气溶胶环境以及相对湿度的改变通过对紫外光的吸收和散射作用会在“日盲”紫外光波段内对信息传输产生较大影响。目前研究主要基于单分散系气溶胶模型研究紫外光通信信道问题，不符合真实大气环境。对多分散的研究方法转化为离散累积求和方法，实现了紫外散射模拟的大气参数计算方法的改进。因此，需要结合混合气溶胶模型，利用Mie理论，通过离散累计求和公式，对“日盲”紫外光进行更加符合大气情况的模拟。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现；

一种基于离散累积求和的紫外光散射模拟方法包括以下步骤；

大气气溶胶多分散体系，考虑外混合气溶胶模型，并考虑到气溶胶粒子的粒径分布，设置粒子半径下限为0.001um，上限20um，计算间隔为0.001um，使用离散累积方法求和；

本发明所采用的另一技术方案是，基于上述的离散累积求和方法改进蒙特卡洛方法包括以下步骤：

步骤1，初始化紫外光子出射的各类角度信息；并根据发送端和接收端的位置，确定收发端间的距离以及接收端对发送光轴在水平面投影的角度；

步骤2，发射端发射紫外光子，确定偏转角θ、方位角ψ以及随机光子的方向余弦；

步骤3，紫外光子在大气信道传输，与大气分子和气溶胶粒子相互作用，使得接收端接收信号发生不同程度的改变；该步骤主要判断散射类型，如发生气溶胶散射，判断其符合米散射理论，使用离散累积求和方法计算米散射系数；

利用球形气溶胶粒子群的消光系数、散射系数和吸收系数的计算方法。转化为粒子半径下限为0.001um，上限20um，计算间隔为0.001um的离散累积求和；

步骤4，判断光子的生存概率是否太小。如果是，光子丢失，否则光子散射。根据散射相函数确定散射角，转步骤4，对下一个光子进行判断；