本發(fā)明涉及水下激光授時領(lǐng)域，尤其涉及一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法。

背景技術(shù)：

1、在海洋環(huán)境中，水下無線通信技術(shù)是研究與開發(fā)的重點(diǎn)之一，特別是水下無線光通信技術(shù)，它利用光的波動性來傳輸信息。然而，光信號在水下傳播會受到吸收和散射以及湍流等多種因素的影響，導(dǎo)致信號衰減和傳播距離限制。其中湍流效應(yīng)是影響水下無線光通信性能的關(guān)鍵因素之一。湍流由于其不規(guī)則的水流動態(tài)特性，會在水中造成光信號的隨機(jī)漲落和強(qiáng)烈散射，從而影響光信號的穩(wěn)定性和可靠性。

2、激光在水下信道中傳播時，由于光束在水下鏈路中傳輸受海水環(huán)境影響較大，導(dǎo)致光脈沖接收端時刻的偽距與理論距離存在偏差，導(dǎo)致脈沖實(shí)際到達(dá)時刻和理論到達(dá)時刻之間存在誤差，授時系統(tǒng)用于同步發(fā)送端和接收端的時鐘，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收和解碼。在水下激光通信中，授時系統(tǒng)的精確性對系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。授時系統(tǒng)需要考慮到脈沖時延的影響，以精確同步信號的發(fā)送和接收。如果授時系統(tǒng)不夠精確，可能會導(dǎo)致信號解碼錯誤，進(jìn)而影響通信的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，因此建立一種湍流情況下水下無線通信信道并計算其脈沖時延具有一定的應(yīng)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要考慮到水下光通信脈沖時延對水下激光授時技術(shù)的影響，結(jié)合湍流影響通過蒙特-卡洛方構(gòu)建更加逼近真實(shí)條件下海水的信道模型，并根據(jù)光子在模擬信道中的傳輸情況提出一種方法計算出激光脈沖在水下信道中傳播時的時延。

2、一種基于湍流的水下無線通信信道脈沖時延計算方法其特征在于，包括以下步驟：

3、(1)給定高斯光源光子數(shù)量，束腰半徑，發(fā)射角等參數(shù)生成高斯光束。

4、(2)對步驟(1)產(chǎn)生的高斯光源進(jìn)行采樣，確定光子的初始位置和方位角，生成散射角。

5、(3)根據(jù)海水的衰減系數(shù)其中包括吸收系數(shù)和散射系數(shù)來生成隨機(jī)步長。

6、(4)生成相位屏。

7、(5)根據(jù)光子的坐標(biāo)、光子方向與隨機(jī)步長等判斷光子是否到達(dá)相位屏，若是到達(dá)相位屏則進(jìn)行步驟(6)，未到達(dá)相位屏則進(jìn)行步驟(7)。

8、(6)光子經(jīng)過相位屏后更新光子坐標(biāo)方向以及步長，將光子移動步長累加計入光子運(yùn)動距離。

9、(7)判斷光子是否到達(dá)接收面，若到達(dá)接收面則進(jìn)行步驟(8)，若沒到達(dá)接收面進(jìn)行步驟(9)。

10、(8)記錄到達(dá)接收面的光子坐標(biāo)信息、光子的總運(yùn)動距離、光子的權(quán)重值，標(biāo)記光子被接收。

11、(9)光子進(jìn)行下一次散射，選擇新的方位角和散射角，更新光子的坐標(biāo)、權(quán)重信息，將光子移動步長累加計入光子運(yùn)動距離。

12、(10)對重新散射后的光子的權(quán)重值與設(shè)定的生存閾值進(jìn)行比較，如果小于該閾值則判定光子消亡，停止追蹤，大于該閾值則返回步驟(2)，循環(huán)執(zhí)行步驟(3)～(10)直至所有光子被接收。

13、(11)進(jìn)行n次后停止仿真，記錄光子到達(dá)接收端的坐標(biāo)信息(x，y，z)、光子的總運(yùn)動距離s以及權(quán)重值w。

14、(12)根據(jù)接收端光子的坐標(biāo)、總運(yùn)動距離、權(quán)重等信息，計算光子在水下信道中的傳輸時延。

15、進(jìn)一步地，步驟(1)中的光束形狀為基于ld光源的高斯光束。

16、進(jìn)一步地，步驟(4)中的相位屏是通過功率譜反演法產(chǎn)生的。

17、進(jìn)一步地，步驟(3)和步驟(6)中的光子隨機(jī)步長，散射角和方位角都是用蒙特-卡羅法得出來的隨機(jī)數(shù)。

18、本發(fā)明相比現(xiàn)有的技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

19、本發(fā)明提出的一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法?？紤]了海水的吸收和散射情況，再結(jié)合相位屏模擬出水下湍流，更加準(zhǔn)確的模擬了海域的復(fù)雜水體情況。在接收端得到光子的運(yùn)動軌跡和坐標(biāo)信息以及權(quán)重信息等，提出了一種方法求得不同水質(zhì)條件和海水湍流情況下的激光光源從發(fā)送端到接收端的脈沖時延，為水下無線激光授時計算提供依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.權(quán)利1要求所述的一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法，其特征在于步驟(4)中的相位屏是通過功率譜反演法產(chǎn)生的。

3.權(quán)利1要求所述的一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法，其特征在于步驟(5)中將相位屏判斷加入蒙特卡洛仿真流程中，建立一種考慮更多海水環(huán)境影響的水下激光信道模型，使得計算出的脈沖時延更加符合實(shí)際。

4.權(quán)利1要求所述的一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法，其特征在于步驟(3)和步驟(6)中的光子隨機(jī)步長，散射角和方位角都是用蒙特-卡羅法得出來的隨機(jī)數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種湍流情況下水下無線通信信道脈沖時延計算仿真方法，通過蒙特卡洛方法模擬出光子在海水信道中的運(yùn)動情況，得到接收端光子的坐標(biāo)、總運(yùn)動距離、權(quán)重等信息，進(jìn)而獲得不同水質(zhì)條件和海水湍流情況下的激光光源從發(fā)送端到接收端的脈沖信號，并根據(jù)接收端的存儲信息計算出光脈沖信號在水下信道中的脈沖到達(dá)時延。在本發(fā)明提供的水下信道模擬方法中，添加了相位屏模型，較為準(zhǔn)確地模擬海洋水體中湍流情況，并根據(jù)接收端的光子信息提出一種脈沖時延計算方法，使得計算出的時延更加符合海水中激光傳輸?shù)恼鎸?shí)情況，為水下無線光通信信道建模和水下激光授時技術(shù)提供一定的參考。

技術(shù)研發(fā)人員：李天松,鄔佳玲,陸俐靈,陳思任,曾膺同,陸奕森
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6