一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于紫外光通信
，具体涉及一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法。
技术介绍
紫外光通信就是把紫外光作为信息传输的载体，将需要传输的信息加载到紫外光上，以实现信息的发送和接收。在无线激光通信中，采用的是直视的通信方式，即发射端与接收端必须对准。非直视通信是指发射端发射出的紫外光子在大气中传输时，由于紫外光波长很短，被大气粒子散射而能够绕过障碍物到达接收端的过程。只要发射端发散角能够与接收端接收视场角在空中形成公共散射体，那么非直视(non-line-of-sight，NLOS)通信就变得可能。当直视通信无法实现时，NLOS通信则能保证发射端和接收端之间通信的畅通。关于NLOS紫外光大气传输的理论模型现在采用的主要方法有单次散射近似法和蒙特卡罗(MonteCarlo，MC)方法。经典的单次散射模型通过三重积分求通信系统的路径损耗(pathloss，PL)，但是，在仿真过程中复杂的三重积分很难实现。如果用简化公式来代替三重积分，要求公共散射体是闭合的，发散角和接收视场角比较小。MC方法是一种以概率统计理论为基础的计算方法，可以通过MC方法来对单次散射传输过程进行仿真，但是存在计算量大，耗时久的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非直视紫外光通信单次散射过程路径损耗计算方法，解决了现有的经典单次散射模型仿真困难和MC算法仿真时间过长的问题。本专利...
【技术保护点】
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；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。
【技术特征摘要】
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；
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。
2.根据权利要求1所述的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，所述步骤1具体为：
在紫外光NLOS通信中，CT和CR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CT的顶点，点R为CR的顶点，点H
为CT的任意横切面的圆心，点L为CR的任意横切面的圆心，即TH为CT的中心轴线，RL为CR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θt，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θr，TH在XOY平面的
投影与X轴的夹角αt是CT的偏轴角，RL在XOY平面的投影与X轴的夹角
αr是CR的偏轴角，d是点T到点R的直线距离，(θt,αt)和(θr,αr)确定了
CT和CR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：
δEr=EtArksP(cosβs)cosζ4πΩtr2r′2e-ke(r+r′)δV---(1)]]>其中是Rx的立体角，Et是发射光束能量，Ar是接收探测
面面积，P(cosβs)是散射相函数，ke是消光系数，吸收系数ka和散射系数ks之和构成了通信过程中大气的消光系数ke，即ke＝ks+ka；
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：
P(cosβs)=ksRksPR(cosβs)+ksMksPM(cosβs)---(2)]]>其中，是瑞利散射的散射系数，是米氏散射的散射系数，瑞利散射相函数PR(cosβs)为：
PR(cosβs)=3[1+3γ+(1-γ)cos2βs]4(1+2γ)---(3)]]>米氏散射相函数PM(cosβs)为：
PM(cosβs)=(1-g2)[1(1+g2-2gcosβs)3/2+f0.5(3cos2βs-1)(1+g2)3/2]---(4)]]>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：
Er=EtArks4πΩt∫∫∫VP(cosβs)cosζsinθr′2e-ke(r+r′)δθδαδr---(5)]]>定义区域V′，范围为[θmin,θmax]、[αmin,αmax]、[rmin,rmax]，使θmin和θmax为：
过点H做线GH平行于XOY平面，G点为线GH与CT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，αmin和αmax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CT和CR的四个交点，∠PTP′＝θt,
∠QRQ′＝θr,∠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，
另
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。
3.根据权利要求2所述的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，所述步骤2具体为：
设置3个整数Nr、Nα、Nθ，区域[rmin,rmax]、[αmin,αmax]和[θmin,θmax]分
别被分为Nr、Nα、Nθ等份，因此区域V′被分为了NrNαNθ个微元V\，另Nr、
Nα、Nθ均等于N，那么区域V′就被分为了N3个微元V\，假设3个整数i、...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏，宋菲，王建余，熊扬宇，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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