[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

说明书

本发明属于光学天线技术领域，具体为一种可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法。本发明方法包括三个基本步骤：田口正交试验,包括确定优化目标、确定控制因子与水平、设置正交矩阵并完成实验和性能评估；构建模糊推理模型，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，获取多重品质特性指数；方差分析，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MPCI值、验证光学与信道性能、确定光学结构的最佳参数组合。本发明能够有效解决在选择光学结构最佳稳健参数组合时存在的多质量特性权衡难题，极大地提高了结构参数优化的效率，可大大提高光学系统的性能。

技术领域

本发明属于光学天线技术领域，具体涉及一种光学系统结构参数的优化方法。

背景技术

发光二极管(LED)相比于传统照明方式具有低功耗、高亮度与长寿命等优势，目前已被广泛应用于信息显示、视觉传输、照明等多种领域。白光LED性能的飞速提升，使得一种新兴无线通信技术，即可见光通信技术应运而生。与传统射频通信和其他光无线通信方式相比，可见光通信未受带宽限制，不受电子设备的电磁干扰，安全保密性高，且LED照明通信设备易于安装，具有极大的发展潜力。

在可见光通信系统中，对于光接收机而言，光学接收天线的设计是一项至关重要的工作。设计好的光学接收天线能够有效提高光接收功率、光学增益和信噪比。为了提高可见光通信系统接收端的接收功率和信噪比，保证较高增益和较大的视场角，国内外业界提出了各种光学天线的设计思路，其研究工作主要方向是设计新型天线结构，但是对于适用于可见光通信光学接收天线结构的优化方法却几乎未见，而优化方法的提出与研究也能够推动系统性能的提升。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种可大大提高系统的性能的可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，

本发明提供的可见光通信光学接收天线结构参数的优化方法，包括三个基本步骤：进行田口正交试验(Taguchi Method)，建立模糊推理模型、获取多重品质特性指数(MPCI)，进行方差分析；其中：

(一)所述进行田口正交试验的步骤，包括：确定优化目标，确定控制因子与水平，设置正交矩阵并完成实验和性能评估；得到目标品质因子特性；

(二)所述建立模糊推理模型、获取多重品质特性指数(MPCI)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(MPCI)；

(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MPCI值，验证光学与信道性能，确定光学结构的最佳参数组合。

本发明步骤(1)中，所述确定优化目标、确定控制因子与水平、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，每个因子有三个水准；采用L₉(3⁴)直交矩阵进行9次实验，得到不同参数组合下所确定优化目标的大小。

本发明步骤(2)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，采用以下公式来表示：

其中，y_i表示第i个品质特性，n为试验次数。

所述越小越好原则采用以下公式来表示：

其中，y_i表示第i个品质特性，n为试验次数。