[发明专利]水下无线光通信系统信道特性建模方法、电子设备及存储介质

权利要求书

1.一种水下无线光通信系统信道特性建模方法，其特征在于：根据Mie理论，将粒径分布PSD函数的斜率和折射率作为输入，建立散射角为0.1°-90°范围内的水中粒子体积散射函数；然后将散射角ψ范围分为0.1°≤ψ≤5°和5°≤ψ≤90°，在这两个范围内分别对水中粒子体积散射函数进行建模，用于模拟水下信道特性；

所述粒径分布PSD函数的斜率根据在不同水域中测得的粒子衰减谱的双曲线斜率计算获得，折射率通过测量获得。

2.根据权利要求1所述的一种水下无线光通信系统信道特性建模方法，具体包括步骤：

S1、确定散射粒子尺寸分布PSD：

假设水下信道中散射颗粒大小分布服从Junge型，粒子分布的概率密度函数F(D)为：

F(D)＝KD^-ξ (1)

其中，D表示散射颗粒直径，D_max为最大粒子直径，D_min为最小粒子直径，ξ为粒子尺寸分布PSD函数的斜率；

S2、后向散射率B_P建模：

利用最小二乘回归算法，将折射率n′和PSD斜率ξ作为输入，推导出一个计算后向散射率B_P的模型；在固定PSD的情况下，后向散射率B_P建模为的幂函数；

S3、散射相位函数的建模：

散射角范围为0.1°≤ψ≤5°时，体积散射相位函数由下式建模：

散射角范围为5°≤ψ≤90°，体积散射相位函数由下式建模：

式(3)中，表示散射角的概率分布函数，通过体积散射函数β(cosψ)除以散射系数得到；

P_m＝a_mexp(-x)+b_m(x)+c_m

其中，a、b、c均为Mie散射系数，f为概率密度函数f(D)，x＝ξ-3，y＝n-1，m＝1，2，3，d、e、f、g、i、j、k、l、o、p、q、y均表示拟合系数。

3.根据权利要求2所述的一种水下无线光通信系统信道特性建模方法，其特征在于，所述体积散射函数β(cosψ)由以下步骤获得：

第一步、计算散射振幅函数S₁和S₂：

其中，a_n，b_n为Mie散射系数，n为正整数，ψ为散射角，函数π_n和τ_n为球谐的角散射模式；

第二步、由散射振幅函数S₁和S₂，得到对应的散射相位函数β(cosψ)和散射角的概率分布函数

F(α)为概率密度函数。

4.根据权利要求2所述的一种水下无线光通信系统信道特性建模方法，其特征在于：所述步骤S2中，当折射率n′位于1.02到1.3之间，D_max和D_min分别取为0.001μm和200μm；

对于海洋环境中，ξ取值在3到5的范围内，后向散射率与n的函数表示为下式：

式(4)中：

P_m＝a_m(ξ-3)²+b_m(ξ-3)+c_m

其中，m＝1，2；a_m，b_m，c_m表示Mie散射系数。

5.一种电子设备，其包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的水下无线光通信系统信道特性建模方法。

6.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的水下无线光通信系统信道特性建模方法。