基于粒子谱分布的无线紫外光通信散射传输特性研究

摘要

在非直视无线紫外光通信中,利用大气中的粒子对紫外光进行散射作用来传递信息,非直视紫外光通信在近距离隐蔽通信中有广阔的应用前景。雾霾粒子属于气溶胶范畴,由空气中的灰尘、硫化物、有机碳氢化合物等粒子组成。雾霾粒子的尺度、浓度、形状等因素均会对无线紫外光散射通信的传输特性产生较大的影响。首先,基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外光多次散射模型,将霾粒子的半径和浓度这两个物理量引入该模型中,通过模拟大量光子在雾霾条件下经多次散射到达接收端的概率,进而仿真分析了系统路径损耗与粒子半径和浓度之间的关系。结果表明,(1)在无线紫外光近距离通信条件下,雾霾浓度越大,路径损耗越小,系统通信性能越好;(2)通信距离大于500 m时,增加雾霾粒子浓度,系统路径损耗总体先减小再增大;(3)在粒子浓度一定情况下,增大粒子半径,路径损耗先减小后增大,且随着通信距离的增大,路径损耗极小值的位置不断向粒子半径小的一侧移动。其次,在模型中引入粒子尺度谱分布的概念,对粒子尺度谱分布进行分割,分别求出不同粒径及其所对应浓度。假定粒子尺度谱分布中不同粒径的粒子依次对光子产生散射作用,对相应光子到达接收端的概率求和,得到光子到达接收端的总概率,进而求得多种粒径的粒子共同存在情况下系统的路径损耗,使仿真模型更加逼近实际大气信道中多种半径雾霾粒子共同存在的事实。最后,搭建实验平台,分别在良好、严重雾霾、极严重雾霾三种不同天气条件下,实验测量了系统路径损耗和通信距离、收发仰角之间的关系,并与考虑粒子尺度谱分布模型中计算得到的路径损耗进行对比,实验数据与仿真结果趋势一致,雾霾天气下的通信质量优于良好天气,收发仰角越大对应的路径损耗也越大。