[发明专利]一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法

说明书

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，尤其涉及一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法。

背景技术

与传统的室内可见光建模方式只采用漫反射模式的方法不同，该建模方法将漫反射和镜面反射结合起来，之所以采取这种方法，原因一：在实际场景中很多地方都会装饰一面镜子来达到扩大空间的作用；原因二：相比漫反射，镜面反射可以获得更高的功率；原因三：对于镜面反射来说一条入射光线只可能产生一条出射光线，所以从某一点经过墙面反射到另一点只有一条路线，与漫反射相比可以在一定程度上减弱多径干扰所带来的影响，从而可以实现更快的传输速度，为可见光通信带来更多的可能。

1979年，Gfeller和Bapst建立了室内漫散射红外通信系统模型，通过系统脉冲响应来表示室内信道的特性，他们认为室内信道分为两个部分：LOS和NLOS。LOS指从发射器直接达到接收器的路径；NLOS指从发射器经过墙壁、天花板、地面即物体的漫反射后到达接收器的路径。1993年，Barry在Gfeller提出的漫反射模型基础上，又提出了一种基于朗伯辐射模型的室内红外通信信道模型。该模型把所有的平面都划分成更小的单元，对于第一次反射，每个单元都被看光源的接收器，求得LOS光功率；对于第二次反射，则把第一次的每一个接收单元看做新的光源，然后重复计算，得到反射的功率。2010年，北京邮电大学丁举鹏针对上述信道模型在计算多次漫反射时过于复杂和精度不足的情况，提出反射源独立交互式方法来计算墙壁多次反射，该方法避免了大量重复性递归运算，降低计算的复杂程度，提高运算效率。2014年，Chowdhury等人将Deterministic Method和Modified Monte Carlo Method这两种算法结合起来，第一次反射采用Deterministic Method，其余反射采用Modified Monte Carlo Method，在保障准确度的同时也提高了算法的运行效率。

从第一次仿真开始，虽然所有的仿真一步一步提高了结果的精度，但是由于只采用了漫反射的反射模式，而忽略了镜面反射这一重要部分，所以仿真结果与实际情况相比不免有一定程度的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法，其对于镜面反射来说一条入射光线只可能产生一条出射光线，与漫反射产生多条反射光线相比，可以克服多径效应所带来的干扰，实现信息的准确传输。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法，具体包含如下步骤：

步骤1，设定所需要的参数；

步骤2，从S点向镜面作垂线，并延长该线使延长线段的距离等于S点到垂点的距离，从而求出S点关于镜面的虚拟点S'的坐标；

步骤3，连接虚拟点S'与反射点A，并延长S'A与地面相交；

步骤4，利用三点共线的方法求出延长S'A与地面交点B点的坐标；

步骤5，根据镜面反射率R计算B点功率，并且计算从S点到B点的时间t；

步骤6，当光线到达B点后，把B点看做光源并采用漫反射模式向各个方向发射光线，进而获取地面上的功率分布情况以及地面各点的脉冲响应；

步骤7，通过改变镜面的大小以及镜面的位置，重复步骤2到步骤6，获取不同镜面参数下地面上的功率分布情况。

作为本发明一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法的进一步优选方案，在步骤1中，所述参数包含房间的长宽高、光源的位置、各面的反射率以及镜面的位置大小。

作为本发明一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法的进一步优选方案，在步骤4中，所述三点共线的具体方法为

其中Ax，Ay，Az为A点坐标，Bx，By，Bz为B点坐标，S'x，S'y，S'z为S'点坐标。

作为本发明一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法的进一步优选方案，在步骤5中，B点功率的具体计算如下：

其中，n为光源的朗伯模式，R为镜面反射率，P_S为光源功率，θ为SA与光源所在平面法线的夹角，Ψ为SA与A点所在平面的夹角，A_R为A点所在最小单元的面积，D_SA为S与A的距离。

作为本发明一种含有镜面反射的室内可见光功率分布仿真计算方法的进一步优选方案，在步骤5中，t的具体计算如下：其中，c为光速。