[0127] 遍歷區(qū)域分割成的N3個微元V〃，如果（ZSTE <妒,,）H(ZSRF <隊.)為真，由公
式（16)可以計算得出Er r，所以將該方法定義為遍歷微元法。因此，Rx接收到的總能量Ei可 由如lT/A：?iN+管泡$|丨
[0128] (17)
[0129] 路徑損耗可由如下公式計算得到
[0130] PL=101g(Et/Er) (18)
[0131] 實施例
[0132] 為了驗證遍歷微元法的性能，我們將該算法與MC單次散射方法進(jìn)行了相關(guān)的路徑 損耗的仿真和比較。
[0133] 設(shè)置Rx的探測面半徑為1 · 5 X 10 -2m，d = 100m，9t = 30°，9r = 60°， 灼-10 ，奶=20°，(^ = 0°，(^={0°，10°，20°，30°，40°}。仿真結(jié)果對比圖如圖4所示，左 邊的縱坐標(biāo)是路徑損耗(PL)，右邊的縱坐標(biāo)是公共散射體體積I V|。圖中的四條曲線分別表 示的是利用蒙特卡羅MC多次散射方法得到的路徑損耗的變化曲線、利用MC單次散射方法得 到的路徑損耗變化曲線、利用遍歷微元法得到的路徑損耗變化曲線以及利用遍歷微元法得 到的公共散射體體積變化曲線。注意到隨著的增加，PL增加 ，IV I逐漸減小，由遍歷微元法 得到的PL曲線與MC單次散射方法得到的PL曲線匹配度很高，并且略大于MC多次散射方法得 到的PL曲線。
[0134] 在MC仿真中，設(shè)置發(fā)射端發(fā)射的光子數(shù)為106,通過MC方法計算PL所需的平均時間 為107.514秒?；谥皩Ρ闅v微元法的分析，將N設(shè)置為60。用同一臺電腦，設(shè)置相同的參 數(shù)，采用遍歷微元法計算PL僅需11.078秒。結(jié)果顯示遍歷微元法能夠節(jié)省89.70 %的時間。
[0135] 通過驗證可以看出遍歷微元法仿真結(jié)果與MC方法仿真結(jié)果匹配度非常高，并且仿 真時間更短。
【主權(quán)項】
1. 一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，其特征在于，具體按照以 下步驟實施： 步驟1:設(shè)定發(fā)射端和接收端的參數(shù)，定義區(qū)域疒，公共散射體F CiT,求出V'的范圍； 步驟2:將區(qū)域y分為若干個微元V"，在球坐標(biāo)系中，得到微元的坐標(biāo)； 步驟3:遍歷區(qū)域疒分割成的若干個微元V"，判斷微元V〃是否在公共散射體V內(nèi)，如果在 公共散射體V內(nèi)計算被微元V"散射后被Rx接收到的能量，將被微元V"散射后被Rx接收到的 能量相加，計算得到Rx接收到的總能量，求出路徑損耗。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，其 特征在于，所述步驟1具體為： 在紫外光NLOS通信中，CT和CR分別表示發(fā)射端Tx的發(fā)散角圓錐和接收端Rx的視場角FOV 圓錐，點T為CT的頂點，點R為CR的頂點，點Η為CT的任意橫切面的圓心，點L為C R的任意橫切面 的圓心，即TH為CT的中心軸線，RL為CR的中心軸線，發(fā)射端發(fā)散半角為外，發(fā)射仰角為TH和其 在XOY平面投影的夾角0*，坐標(biāo)原點〇與點T重合，接收端視場半角為外，接收仰角為RL和其在 XOY平面投影的夾角Θ Γ，ΤΗ在XOY平面的投影與X軸的夾角at是CT的偏軸角，RL在XOY平面的投 影與X軸的夾角a r是CR的偏軸角，d是點T到點R的直線距離，（0t，at)和(0 r，ar)確定了CT和CR的 方向； 發(fā)散角圓錐和FOV圓錐的公共區(qū)域為公共散射體V，即V = CT Π CR，點S為公共散射體V內(nèi) 的散射點，發(fā)射端發(fā)射一個光子，光子在點S被散射，在以坐標(biāo)原點為參考點，由方位角、頂 角和距離構(gòu)成球面坐標(biāo)系下，0S與Z軸的夾角Θ為光子入射的頂角，os在XOY平面的投影與X 軸的夾角a為方位角，從發(fā)射端T到點S的距離為r，光子的入射方向和指向接收端的散射方 向構(gòu)成的夾角為散射角隊乂為散射點S和點R的連線與RL構(gòu)成的夾角，r'是從點S到接收端R 的距離； 光子在傳輸?shù)倪^程中，遇到V內(nèi)的體積微元δν發(fā)生散射，到達(dá)Rx的能量δΕΓ為：其中以=271(1-(?8約)是Rx的立體角，Et是發(fā)射光束能量，Ar是接收探測面面積，P(cos 0S)是散射相函數(shù)，是消光系數(shù)，吸收系數(shù)ka和散射系數(shù)1^之和構(gòu)成了通信過程中大氣的 消光系數(shù)ke，即ke = ks+ka; 散射相函數(shù)P(cos&)是瑞利散射相函數(shù)PR(c〇si3s)和米氏散射相函數(shù)P M(c〇si3s)的加權(quán) 和：其中，是/是瑞利散射的散射系數(shù)，是米氏散射的散射系數(shù)，I = 瑞利散射 相函數(shù)PR(C〇s&)為：米氏散射相函數(shù)?，(3〇8&)為：其中，y、g和f是模型參數(shù)； 在球坐標(biāo)系中，體積微元為δν = Γ28；?ηθδθδαδ；Γ， 則，被公共散射體V散射后被Rx接收到的總能量Er為：定義區(qū)域V'，范圍為[9min，9max ]、[ amin，amax ]、[ rmin，rmax ]，使 Γ c F; 9min 和 tax 為：過點H做線GH平行于XOY平面，G點為線GH與CT的交點，G點在XOY平面的投影為G'，在線ΤΗ 上選取任意一點Ε，Ε點在Χ0Υ平面的投影為Ε'，應(yīng)用三角定理，對于共面的情況，公共散射體的體積是最大的，ΤΡ是發(fā)散角圓錐的中心軸線，RQ是F0V 圓錐的中心軸線，Ρ點在Χ0Υ平面的投影為P'，Q點在Χ0Υ平面的投影為Q'，點K、M、U、W為CT和CR 的四個交點，ZPTP' = 0t，ZQRQ' = 0r，ZUTP和ZPTM等于灼，ZKRQ和Z QRM等于fr，所以，UTR，由正弦函數(shù)可得，UT為：另 rmin=min[UT，MT]，rmax=max[WT，KT] (10) 對于無界的公共散射體V，rmax^ 00， 至此，區(qū)域r的范圍可得。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，其 特征在于，所述步驟2具體為： 設(shè)置 3 個整數(shù) Nr、Να、Νθ，區(qū)域[rmin，rmax]、[Clmin，amax]和[9min, 9max]分別被分為 Νι·、Να、Νθ等 份，因此區(qū)域ν'被分為了NrNcJM^微元ν〃，另Nr、Na、Ne均等于Ν，那么區(qū)域ν'就被分為了Ν3個 微元V 〃，假設(shè)3個整數(shù)i、j、k，且l<i，j，k<N，i為區(qū)域[rmin，rmax]被分的第i份，j為區(qū)域 [amin，amax]被分的第j份，k為區(qū)域[0min，0max]被分的第k份，[i，j，k]代表一個微元V〃，A、B、C、 D為區(qū)域V'內(nèi)的一微元V"的四個頂點，點S是V"的中心，設(shè)置3個變量ru, au，0U，BC的長度ru = (rmax-rmin)/N; Z ATB = (0max-0min)/N = 0U;點B和點D在XOY平面的投影分別為B ' 和D '，Z B' TD' = (amax-amin) /N=au，在球坐標(biāo)系中，點S、A、B、C、D的坐標(biāo)可由如下公式得到：在笛卡爾坐標(biāo)系中，點S的坐標(biāo)可由如下公式得到： [xs,ys,zs] = [rs sin(0s)cos(as) ,rs sin(0s)sin(as) ,rs cos(0s)] (12)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，其 特征在于，所述步驟3具體為： 已知點T的坐標(biāo)為(0,0,0)，點R的坐標(biāo)為(d，0,0)，定義[T-E]和[R-F]是點T到點E和 點R到點F的單元方向矢量，定義[T-S ]和[R-S ]是點T到點S和點R到點S的矢量，公式如下 所示：因為微元V"非常小，可以將微元近似認(rèn)為就是點S，則散射角&近似為：其中[SHI = [d-xs，-ys，-zs]， 由公式(2)可得被微元V"散射后被Rx接收到的能量Ev〃 r為：其中，G=ZSRF，r'= |R-S| ; 遍歷區(qū)域V'分割成的N3個微元V〃，如果（ZSTE <扒）n(Z；SRF < %):為真，由公式 (16)可以計算得出Ev〃r，因此，Rx接收到的總能量Er為：路徑損耗PL可為： PL=101g(Et/Er) (18)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：設(shè)定發(fā)射端和接收端的參數(shù)，定義區(qū)域V′，公共散射體求出V′的范圍；步驟2：將區(qū)域V′分為若干個微元V"，在球坐標(biāo)系中，得到微元的坐標(biāo)；步驟3：遍歷區(qū)域V′分割成的若干個微元V"，判斷微元V"是否在公共散射體V內(nèi)，如果在公共散射體V內(nèi)計算被微元V"散射后被Rx接收到的能量，將被微元V"散射后被Rx接收到的能量相加，計算得到Rx接收到的總能量，求出路徑損耗。本發(fā)明一種非直視紫外光通信單次散射過程路徑損耗計算方法，仿真時間短，能夠很容易的計算出通信系統(tǒng)的路徑損耗，與MC方法的仿真結(jié)果擬合度高。
【IPC分類】H04B10/073
【公開號】CN105680936
【申請?zhí)枴緾N201610121597
【發(fā)明人】宋鵬, 宋菲, 王建余, 熊揚宇
【申請人】西安工程大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月3日