一种水面大气无线光复合信道模型构建方法、设备及介质技术

本发明专利技术公开了一种水面大气无线光复合信道模型构建方法，包括：对包括水面大气几何损耗、水面大气阴影衰减、水面大气湍流效应和指向性误差的水面大气无线光信道的影响因素进行分析与计算，获取路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数；基于路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数构建复合信道模型参数；基于复合信道模型参数构建水面大气无线光复合信道模型。本发明专利技术的建模方法综合考虑了水面大气特征及影响无线光的各种因素，构建了水面大气无线光复合信道模型，填补了无线光信道模型在水面大气环境下构建的技术空白，为海面高速无线通信在航天航海、无线传感、局域网等领域中的广泛应用提供了理论基础。应用提供了理论基础。应用提供了理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种水面大气无线光复合信道模型构建方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及无线通信
，更具体地，涉及一种水面大气无线光复合信道模型构建方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]海面高速无线通信是世界各国面临的重大技术难题，近年来，自由空间光(Free Space Optical，FSO)通信技术因其大带宽、无需频率许可、传输速率大和易安装架设等优点在航天航海、无线传感和局域网等
中得到了广泛的应用。自由空间光通信技术是解决海面高速无线通信技术问题的有效途径。然而FSO易受大气环境的影响，通信链路不稳定，这成为了制约该项技术推广应用的主要瓶颈。
[0003]针对这一问题，为了有效开展研究，之前的研究者已经提出了许多大气信道的构建方案，但是大多数的方案关注的是陆上大气信道的研究，而海面大气环境与陆上大气环境存在较大的差异，比如水气中盐度的差别等，因此，目前的信道模型构建方案并不适合用于海面等大水面的大气信道。海面大气无线光信道模型的构建成为了一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种水面大气无线光复合信道模型构建方法、设备及介质，用以构建水面大气无线光复合信道模型，填补无线光信道模型在水面大气环境下构建的技术空白，并为海面高速无线通信在航天航海、无线传感和局域网等领域中的广泛应用提供理论基础。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种水面大气无线光复合信道模型构建方法，包括：/>[0006]对包括水面大气几何损耗、水面大气阴影衰减、水面大气湍流效应和指向性误差的水面大气无线光信道的影响因素进行分析与计算，获取路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数；
[0007]基于所述路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数，构建复合信道模型参数；
[0008]基于所述复合信道模型参数获取水面大气无线光复合信道模型的概率密度函数和/或接收端所获得的光信号的总功率，以此构建水面大气无线光复合信道模型。
[0009]进一步地，所述水面大气几何损耗的计算公式为：
[0010][0011]其中，θ
T
为收发机间点对点光通信的光束束散角，d为链路长度，D
R
为接收机孔径大小，L
geo
为水面大气的几何损耗；
[0012]所述水面大气阴影衰减的计算公式为：
[0013]L
atm
＝exp(
‑
β
λ
d)
[0014]其中，β
λ
是波长为λ的消光系数，其取值由包括大气分子的吸收效应、雨滴和气溶胶粒子的散射效应的因素共同决定，L
atm
为水面大气的阴影衰减；L
geo
和L
atm
均仅与d相关，合记为所述路径损耗。
[0015]进一步地，在雨滴的散射效应中，雨滴对光波的衰减系数为：
[0016][0017]其中，R表示降雨量；
[0018]在气溶胶粒子的散射效应中，气溶胶粒子对光波的衰减系数为：
[0019]α
o
＝π∫r2Q
ou
(r,λ,m)n(r)dr
[0020]其中，r为气溶胶粒子半径，n(r)为气溶胶粒子谱分布，Q
ou
()为气溶胶粒子的消光效率因子。
[0021]进一步地，对水面大气湍流效应进行分析与计算以获取所述水面大气湍流效应下的光功率；所述水面大气湍流效应下的光功率的概率密度函数的表达式为：
[0022][0023]其中，α
GG
和β
GG
为Gamma
‑
Gamma分布的模型参数，I
a
为所述水面大气湍流效应下的光功率，f
GG
(I
a
)为所述水面大气湍流效应下的光功率的概率密度。
[0024]进一步地，其中，是光强起伏方差，该参数可通过大气折射率功率谱计算得到，且按照湍流强度和链路长度，的计算分为两种情况：
[0025]判断收发机之间的距离小于对应的弱湍通信环境下最大传输距离，则采用Kolomorov谱分析光强起伏方差，此时k是光载波的波数，是湍流折射率结构常数，d为链路长度；
[0026]判断收发机之间的距离超过对应的弱湍通信环境下最大传输距离，则采用Andrews谱分析光强起伏方差，此时l0是大气湍流涡旋内尺度。
[0027]进一步地，对指向性误差进行分析与计算以获取所述指向性误差衰落系数；所述指向性误差衰落系数的概率密度函数的表达式为：
[0028][0029]其中，A0是与接收孔径、光束半径有关的系数，ξ表示接收端等效光束半径与指向性误差位移标准偏差之比，I
m
为所述指向性误差衰落系数，为所述指向性误差衰落系数的概率密度。
[0030]进一步地，所述基于所述路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数，构建复合信道模型参数的表达式为：
[0031]I＝I
p
I
a
I
m
[0032]其中，I
p
为所述路径损耗，I
a
为所述水面大气湍流效应下的光功率，I
m
为所述指向
性误差衰落系数，I为所述复合信道模型参数。
[0033]进一步地，所述水面大气无线光复合信道模型的概率密度函数的表达式为：
[0034][0035]其中，A0是与接收孔径、光束半径有关的系数，f
I
(I)是水面大气无线光复合信道模型的概率密度；
[0036]所述接收端所获得的光信号的总功率的表达式为：
[0037]P
R
＝P
T
G
T
G
R
E[I2][0038]其中，P
T
为发送光功率，G
T
为发送增益，G
R
为接收天线增益，链路的电信噪比为SNR
FSO
＝P
R
/N0，N0为接收机噪声。
[0039]按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种电子设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行上述任一项所述方法的步骤。
[0040]按照本专利技术的第三个方面，还提供了一种存储介质，其存储有可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运行时，使得所述访问认证设备执行上述任一项所述方法的步骤。
[0041]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0042](1)本专利技术的建模方法综合考虑了各种水面大气特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水面大气无线光复合信道模型构建方法，其特征在于，包括：对包括水面大气几何损耗、水面大气阴影衰减、水面大气湍流效应和指向性误差的水面大气无线光信道的影响因素进行分析与计算，获取路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数；基于所述路径损耗、水面大气湍流效应下的光功率和指向性误差衰落系数，构建复合信道模型参数；基于所述复合信道模型参数获取水面大气无线光复合信道模型的概率密度函数和/或接收端所获得的光信号的总功率，以此构建水面大气无线光复合信道模型。2.如权利要求1所述的水面大气无线光复合信道模型构建方法，其特征在于，所述水面大气几何损耗的计算公式为：其中，θ
T
为收发机间点对点光通信的光束束散角，d为链路长度，D
R
为接收机孔径大小，L
geo
为水面大气的几何损耗；所述水面大气阴影衰减的计算公式为：L
atm
＝exp(
‑
β
λ
d)其中，β
λ
是波长为λ的消光系数，其取值由包括大气分子的吸收效应、雨滴和气溶胶粒子的散射效应的因素共同决定，L
atm
为水面大气的阴影衰减；L
geo
和L
atm
均仅与d相关，合记为所述路径损耗。3.如权利要求2所述的水面大气无线光复合信道模型构建方法，其特征在于，在雨滴的散射效应中，雨滴对光波的衰减系数为：其中，R表示降雨量；在气溶胶粒子的散射效应中，气溶胶粒子对光波的衰减系数为：α
o
＝π∫r2Q
ou
(r,λ,m)n(r)dr其中，r为气溶胶粒子半径，n(r)为气溶胶粒子谱分布，Q
ou
()为气溶胶粒子的消光效率因子。4.如权利要求1所述的水面大气无线光复合信道模型构建方法，其特征在于，对水面大气湍流效应进行分析与计算以获取所述水面大气湍流效应下的光功率；所述水面大气湍流效应下的光功率的概率密度函数的表达式为：其中，α
GG
和β
GG
为Gamma
‑
Gamma分布的模型参数，I
a
为所述水面大气湍流效应下的光功率，f
GG
(I
a
)为所述水面大气湍流效应下的光功率的概率密度。5.如权利要求4所述的水面大气无线光复合信道模型构建方法，其特征在于，其中，是光强起伏方差，该参数可通过大气折射率功率谱计算

【专利技术属性】
技术研发人员：王鲸鱼，周少华，丁德强，李娟，白诚，李源，王程锦，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：