[发明专利]一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法

摘要

本发明公开了一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：设定发射端和接收端的参数，定义区域V′，公共散射体求出V′的范围；步骤2：将区域V′分为若干个微元V"，在球坐标系中，得到微元的坐标；步骤3：遍历区域V′分割成的若干个微元V"，判断微元V"是否在公共散射体V内，如果在公共散射体V内计算被微元V"散射后被Rx接收到的能量，将被微元V"散射后被Rx接收到的能量相加，计算得到Rx接收到的总能量，求出路径损耗。本发明一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法，仿真时间短，能够很容易的计算出通信系统的路径损耗，与MC方法的仿真结果拟合度高。

主权项

1.一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：设定发射端和接收端的参数，定义区域V′，公共散射体求出V′的范围；所述步骤1具体为：在紫外光NLOS通信中，C_T和C_R分别表示发射端Tx的发散角圆锥和接收端Rx的视场角FOV圆锥，点T为C_T的顶点，点R为C_R的顶点，点H为C_T的任意横切面的圆心，点L为C_R的任意横切面的圆心，即TH为C_T的中心轴线，RL为C_R的中心轴线，发射端发散半角为发射仰角为TH和其在XOY平面投影的夹角θ_t，坐标原点O与点T重合，接收端视场半角为接收仰角为RL和其在XOY平面投影的夹角θ_r，TH在XOY平面的投影与X轴的夹角α_t是C_T的偏轴角，RL在XOY平面的投影与X轴的夹角α_r是C_R的偏轴角，d是点T到点R的直线距离，(θ_t,α_t)和(θ_r,α_r)确定了C_T和C_R的方向；发散角圆锥和FOV圆锥的公共区域为公共散射体V，即V＝CT∩CR，点S为公共散射体V内的散射点，发射端发射一个光子，光子在点S被散射，在以坐标原点为参考点，由方位角、顶角和距离构成球面坐标系下，OS与Z轴的夹角θ为光子入射的顶角，OS在XOY平面的投影与X轴的夹角α为方位角，从发射端T到点S的距离为r，光子的入射方向和指向接收端的散射方向构成的夹角为散射角βs，ζ为散射点S和点R的连线与RL构成的夹角，r'是从点S到接收端R的距离；光子在传输的过程中，遇到V内的体积微元δV发生散射，到达Rx的能量δEr为：其中是Rx的立体角，E_t是发射光束能量，A_r是接收探测面面积，P(cosβ_s)是散射相函数，k_e是消光系数，吸收系数k_a和散射系数k_s之和构成了通信过程中大气的消光系数k_e，即k_e＝k_s+k_a；散射相函数P(cosβs)是瑞利散射相函数PR(cosβs)和米氏散射相函数PM(cosβs)的加权和：其中，ksR是瑞利散射的散射系数，ksM是米氏散射的散射系数，ks＝ksR+ksM；瑞利散射相函数PR(cosβs)为：米氏散射相函数PM(cosβs)为：其中，γ、g和f是模型参数；在球坐标系中，体积微元为δV＝r2sinθδθδαδr，则，被公共散射体V散射后被Rx接收到的总能量Er为：定义区域V′，范围为[θ_min,θ_max]、[α_min,α_max]、[r_min,r_max]，使θmin和θmax为：过点H做线GH平行于XOY平面，G点为线GH与C_T的交点，G点在XOY平面的投影为G'，在线TH上选取任意一点E，E点在XOY平面的投影为E'，应用三角定理，则，α_min和α_max为：对于共面的情况，公共散射体的体积是最大的，TP是发散角圆锥的中心轴线，RQ是FOV圆锥的中心轴线，P点在XOY平面的投影为P'，Q点在XOY平面的投影为Q'，点K、M、U、W为C_T和C_R的四个交点，∠PTP′＝θ_t,∠QRQ′＝θ_r,∠UTP和∠PTM等于∠KRQ和∠QRM等于所以，对于△UTR，由正弦函数可得，UT为：同样的，令rmin＝min[UT,MT],rmax＝max[WT,KT]          (10)对于无界的公共散射体V，rmax→∞，至此，区域V′的范围可得；步骤2：将区域V′分为若干个微元V"，在球坐标系中，得到微元的坐标；步骤3：遍历区域V′分割成的若干个微元V"，判断微元V"是否在公共散射体V内，如果在公共散射体V内计算被微元V"散射后被Rx接收到的能量，将被微元V"散射后被Rx接收到的能量相加，计算得到Rx接收到的总能量，求出路径损耗。