[发明专利]一种可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法

权利要求书

1.一种可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，其特征在于，包括三个基本步骤：进行田口正交试验，建立模糊推理模型、获取多重品质特性指数，进行方差分析；其中：

步骤一、所述进行田口正交试验的步骤，包括：确定优化目标，确定控制因子与控制因子的水平，设置正交矩阵并完成实验，得到目标品质因子特性，并进行性能评估；

步骤二、所述建立模糊推理模型、获取多重品质特性指数的步骤，包括：计算S/N比例，性能评估归一化，建立模糊器、模糊推理机、解模糊器，最后得到多重品质特性指数；

步骤三、所述进行方差分析的步骤，包括：计算试验总方差和平均方差，计算不同控制因子的贡献度，比较不同控制因子的贡献度和不同控制因子的多重品质特性指数，验证光学与信道性能，确定光学天线结构的最佳参数组合；

步骤一中所述确定优化目标、确定控制因子与控制因子的水平、设置正交矩阵并完成实验和性能评估，具体操作流程为：选取光学增益、光学接收功率、信噪比作为光学接收天线的优化目标；选取透镜壁旋转角度β、底部厚度H、半球形光束整形镜半径尺寸R、两级透镜空间间隔距离L作为控制因子，每个因子有三个水平；采用L₉（3⁴）直交矩阵进行9次实验，得到不同结构参数组合下所确定优化目标的大小，作为目标品质因子特性；

性能评估归一化是将光学增益、接收功率、信噪比、光斑大小与均匀性所计算得到的S/N比例进行归一化处理。

2.根据权利要求1所述的可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，其特征在于，步骤二中所述计算S/N比例是采用越大越好的原则或者越小越好的原则；

所述越大越好原则，公式表示为：

其中，y_i表示第i个品质特性，n为试验次数；

所述越小越好原则，公式表示为：

其中，y_i表示第i个品质特性，n为试验次数。

3.根据权利要求1所述的可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，其特征在于，步骤二中所述建立模糊推理模型、获取多重品质特性指数（MPCI）的具体流程为：将田口正交试验得到的目标品质因子特性实验数据经归一化的S/N比例作为模糊推理模型的输入；

该输入经过隶属度函数被模糊化成适当的语意值，该语意值经过模糊规则库与模糊推理机进行合成运算，合成运算的结果即为多重品质特性指数（MPCI），该多重品质特性指数（MPCI）是明确的输出数值，其数值越大代表所选光学结构参数组合的性能越好；其中：

所述模糊规则库，是一组由If-Then形式的模糊规则组成，用来表达系统输入输出之间的推论关系，在模糊推理模型中，采用语意式模糊规则如下：

Rule1:If X₁ is A₁ and X₂ is B₁and X₃is C₁, then Y₁ is D₁；

Rule2:If X₁ is A₂ and X₂ is B₂and X₃is C₂, then Y₁ is D₂；

......

Rulen:If X₁ is A_n and X₂ is B_nand X₃is C_n, then Y₁ is D_n；

其中，A_i、B_i、C_i、D_i相对应的隶属函数为μ_Ai、μ_Bi、μ_Ci、μ_Di；i=1,2,…,n；

所述输出变量通过隶属度函数进行语意分割；

所述合成运算中，若是X₁、X₂、X₃作为模糊推理模型系统的输入，则模糊推理系统输出的隶属函数表示为：

式中：∧表示最小，∨表示最大；

所述解模糊器，采用重心法解模糊，即将经过模糊推理模型推论得到的上述转换成为确定的数值y₀，y₀的表达式为：

式中：表示y_i属于模糊集合D₀的归属值；y₀表示多重品质特性指标的数值。

4.根据权利要求2所述的可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，其特征在于，步骤三中所述进行方差分析的具体流程为：

方差SS_T由S/N值的方差和给出：

其中，SS_T=SS_d+SS_e，SS_d表示方差和，SS_e表示错误的方差和，n是实验数，η_i是控制因子中的每个影响因子第i次实验的S/N值，η_n为 S /N值的平均值；

所述控制因子的贡献度采用下式表示：

得到贡献度后，将其与MPCI值形成对比，得到贡献度大的控制因子，多重品质特性指数也较大，进而验证多重品质特性指数评估光学接收天线优化性能的准确性；验证所得到最大多重品质特性指数对应的结构参数组合的光学与信道性能，计算其对应的光学增益、光学接收功率与信噪比，得到优化最佳参数组合的优化目标参数大小。