[发明专利]一种水下蓝绿激光通信中光斑面积的计算方法

权利要求书

1.一种水下蓝绿激光通信中光斑面积的计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在空间直角坐标系O-xyz下，光源的坐标为(x,y,z)，确定光源发射光子传输方向的余弦函数(u_x,u_y,u_z)；

步骤2，确定光子的随机步长和光子第一次遇到粒子发生吸收或散射时的坐标；

步骤3：确定光子遇到粒子发生吸收和散射的概率，光子遇到粒子发生吸收的概率为P，则散射的概率为1-P；

步骤4，设激光器发出的光子有N个，光子第一次遇到粒子时，被吸收的光子数为NP，被散射的光子数为N(1-P)；根据Henyey-Greenstein相位函数确定光子被粒子散射时，散射角θ的余弦函数；

步骤5：根据光子发生散射时散射角的余弦函数，确定光子新的传输方向的方向余弦；

步骤6，重复步骤2-5，直到光子经过n次散射到达接收面，得到光子第n次与粒子相遇时的坐标(x_n,y_n,z_n)，光子的数目N(1-P)^n-1，以及光子发生第n次吸收或散射后，光子的数目N(1-P)ⁿ，光子传输方向的方向余弦u_xn,u_yn,u_zn；

步骤7，光子在接收面上的坐标为光子发生第n+1次吸收或散射时的坐标(x_n+1,y_n+1,z_n+1)，光子在接收面上的数目为N(1-P)ⁿ，根据N(1-P)ⁿ个光子在接收面上的坐标分布，找出最外层光子，并用线连接，得到一个闭合曲线，闭合曲线围出的面积为接收面接收到的光斑的面积，最后用MATLAB中的polyarea函数计算出光斑面积。

2.根据权利要求1所述的一种水下蓝绿激光通信中光斑面积的计算方法，其特征在于，所述步骤1中，光子传输方向的余弦函数(u_x,u_y,u_z)，如式(1)、式(2)及式(3)所示；

u_x＝sinθ₁cosψ (1)；

u_y＝sinθ₁sinψ (2)；

u_z＝cosθ₁ (3)；

其中，ψ为光子的方位角，θ₁为光子的偏转角，θ₁在[0,φ/2]内取值。

3.根据权利要求2所述的一种水下蓝绿激光通信中光斑面积的计算方法，其特征在于，所述步骤2中，具体为：由Bouguer-Lambert定律，结合蒙特卡罗方法，对随机步长进行抽样，如式(4)所示；

Δs＝-lnξ^(s)/b_p (4)；

其中，ξ^(s)是在[0,1]上均匀分布的随机数，b_p是海水的前向散射系数；ξ^(s)的值由MATLAB中的rand函数随机生成；

确定光子传输的随机步长后，根据光子的传输方向，计算光子第一次遇到粒子发生吸收或散射时的坐标(x₁,y₁,z₁)，如式(5)、式(6)及式(7)所示；

x₁＝x+u_xΔs (5)；

y₁＝y+u_yΔs (6)；

z₁＝z+u_zΔs (7)。

4.根据权利要求3所述的一种水下蓝绿激光通信中光斑面积的计算方法，其特征在于，所述步骤3中，光子遇到粒子发生吸收的概率为P，如式(8)所示；

其中，a是海水的吸收系数，b_p是海水的前向散射系数。