一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法，通过建立水下量子信道垂直传输模型，根据海水表层叶绿素浓度不同划分海域并分析得到深层海水衰减系数的变化情况，再利用蒙特卡罗方法模拟偏振光子在水下的传输特性变化趋势，通过随机抽样来实现光子散射过程的不确定性。该仿真方法避免对深层海水参数的测量，相比于传统的用单一参数来描述海水衰减特性的方法，该方法更贴近实际，对海水的特性描述更加具体，实用性较强在多个海域普遍适用。计算简单且物理图像比较直观，分析得到的光子传输特性可以实际水下对潜通信、探测和定位技术等应用提供理论参考。测和定位技术等应用提供理论参考。测和定位技术等应用提供理论参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法


[0001]本专利技术涉及一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法，属于光通信


技术介绍

[0002]目前，自由空间量子通信和光纤量子通信技术已趋于成熟，正向实用化阶段迈进。为了将来构建空、天、地、海一体化的量子通信网，需要加大水下量子通信技术的研究力度并推进其发展。此外，海洋是各国民用作业及军事活动的重要场所，实现水下量子通信更是这些领域可以正常运作的重要保障。量子信号(主要是处于450nm
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550nm蓝绿光波段的光量子)在海水中传输时主要会受到海水的吸收和散射效应影响，其中吸收作用包括纯水的吸收、浮游植物的叶绿素的吸收、以及浮游植物的营养物质腐殖酸和黄腐酸的吸收；对散射起主要作用的是纯水、浮游植物和悬浮颗粒物等。当水体中悬浮颗粒物的直径与辐射的信号光波长相当时发生的米氏散射是除吸收外造成光传输能量损失和传输方向改变的主要原因，会对光探测系统的工作范围和探测性能产生极大影响，这些都将导致水下量子通信系统的稳定性和可靠性下降。在水下量子通信系统的研究中大多根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S201，建立海水衰减模型，仿真得到表层叶绿素浓度不同的海域的叶绿素浓度、吸收系数和散射系数垂直分布模型，完成以后进入步骤S202；步骤S202，发射光子，设置蒙特卡罗模拟初始条件，包括：光子的初始传播位置、出射方向、参考平面、入射光子数、入射波长、入射光子偏振态、探测器参数等。完成后进入步骤S203；步骤S203，确定光子传输参数，包括光子传输步长和移动一次后的新位置。完成后进入步骤S204；步骤S204，判断光子是否被接收，检测光子的新位置是否已到达探测器平面且在探测器的口径和视场角范围内；步骤S205，记录接收到的光子参数并保存数据，包括：散射次数、接收总光子数、接收散射光子数以及光子偏振态等，完成以后进入步骤S206；步骤S206，确定发生碰撞时与光子相互作用的粒子，选择单一散射粒子，设置粒子复折射率为1.41
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0.00672i，完成以后进入步骤S207；步骤S207，根据随机抽样产生散射角、方位角得到散射相函数再产生一个0到1之间的随机数Pa，若满足则认为光子发生散射且产生的随机角度为本次散射的散射角和方位角，产生新的传输方向继续传输，得到光子新的Stocks矢量；否则按照原先的方向继续传输。完成以后进入步骤S208；步骤S208，判断光子传输是否终止，产生一个0到1之间的随机数ξ1，若ξ1小于等于光子权重，则光子继续传输，直到接收为止；否则该光子传输终止，发射下一个光子，回到步骤S202；步骤S209，对探测器端接收到的光子的参数进行结果处理。2.如权利要求1所述的一种基于垂直叶绿素浓度分布的水下光子传输仿真方法，其特征在于，所述步骤S201中，叶绿素浓度、吸收系数和散射系数垂直分布模型如下：叶绿素浓度垂直分布模型如下：其中B是叶绿素浓度，z是海水深度，B0是表面的背景叶绿素浓度，h是背景水平以上的总叶绿素值，z
m
是叶绿素浓度浓度最大时的深度，σ是叶绿素浓度的标准偏差；吸收系数垂直分布模型如下：其中a为吸收系数，a
w
(λ)为纯水的吸收系数，λ为波长，是黄腐酸吸收系数，c
f
(z)是水中黄腐酸浓度，k
f
是黄腐酸指数系数，是腐殖酸吸收系数，c
h
(z)是水中腐殖酸浓度，k
h
是腐殖酸指数系数，为特定叶绿素吸收系数，c
f
(z)和c
h
(z)根据叶绿素浓度数值确定。散射系数垂直分布模型如下：
其中b为吸收系数，b
w
(λ)为纯水的散射系数，和分别为小颗粒物和大颗粒物的散射系数，c
s
(z)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，邱佳，李佳佳，王思佳，刘舒宇，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：