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申请/专利权人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所

摘要：本发明公开了基于湍流相位屏水下偏振光传输的矢量蒙特卡洛模拟方法，包括生成光子的初始坐标与方向；确定入射光的Stokes参量和散射方向；更新Stokes参量和散射方向；选定海洋功率谱，根据功率谱反演方法和高阶次谐波补偿法，联合生成仿真所用湍流相位屏；计算光子的随机步长；根据光子坐标、光子方向余弦与随机步长，判断光子是否与相位屏相交、是否达到接收面；若光子未与相位屏相交、未到达接收面，则更新碰撞后光子的坐标、方向、权重及Stokes矢量；若光子与相位屏相交，未到达接收面，则计算光子与相位屏相交的坐标，更新光子坐标、方向及stokes矢量以及光子权重。本发明更加全面的模拟偏振光在海水中的传输过程。

主权项：1.基于湍流相位屏水下偏振光传输的矢量蒙特卡洛模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立三维坐标系，设定Z轴正方向为光传输方向，Z＝0为光源所在平面，进行模拟参数设置，确定系统初始化；步骤2，根据高斯分布的特性来采样光子的初始位置和方向；步骤3，确定入射光的stokes参量，舍选法确定散射角θ和方位角β；步骤4，更新Stokes参量和散射方向；步骤5，选定海洋功率谱，根据功率谱反演方法和高阶次谐波补偿法，联合生成海洋湍流相位屏；步骤6，计算光子的随机步长；步骤7，根据光子坐标、光子方向余弦与随机步长，判断光子是否与相位屏相交、是否达到接收面；步骤8，若光子未与相位屏相交、未到达接收面，则更新碰撞后光子的坐标、方向、权重及Stokes矢量；步骤9，若光子与相位屏相交，未到达接收面，则计算光子与相位屏相交的坐标，更新光子坐标、方向及stokes矢量以及光子权重；步骤10，循环执行步骤6-步骤9，直到光子与接收面相交；所述步骤4具体包括：步骤4.1，从入射子午面旋转到散射面,引入旋转矩阵将子午面的Stokes参数旋转到散射面入射,旋转后的Stokes参量Sl由入射Stokes参量S与旋转矩阵相乘获得，其中步骤4.2，将Stokes参量在散射面进行两点转动参考面不变，此时的转换矩阵为Mueller矩阵同时更新光子的方向当|μz|＜0.9999时， 其中，μx,μy,μz为散射前光子的方向；当|μz|≥0.9999时， 步骤4.3，由散射面回到出射的新的子午面，此时的旋转矩阵旋转角α的表达式：最终散射后的Stokes参量表示为： 式中，表示散射前的Stokes参量；由于Stokes参量是一个统计结果，最后总的偏振光的状态为： 其中，N0为光子数；所述步骤5具体包括：步骤5.1，选定海洋湍流功率谱模型Φnκ： κ为空间波数；η是Kolmogorov内尺度；δ＝8.284κη43+12.978κη2；ε表示海水单位质量湍流动能耗散率；χT为均方温度耗散率；ω表示海洋湍流功率谱中温度和盐度起伏引起折射率变化贡献的比率；步骤5.2，利用湍流折射率谱和复高斯随机数矩阵产生相空间复随机场，进行逆傅里叶变换获得二维相位的空间分布 式中，和分别代表x方向和y方向的离散空间频率，Δfx＝1Lx，Δfy＝1Ly，其中Lx和Ly分别代表x方向和y方向的格点尺寸；hfxnn,fymm表示高斯随机分布且均值为零的复随机矩阵；Δz为相位屏在z轴上的间隔，κ为空间波数；步骤5.3，设定谐波次数Np，选用低频次谐波补偿法对相位屏的进行低频补偿，生成新的相位屏表达式为： 式中，为相位屏低频补偿项，p为次谐波级数，且次谐波频率间隔Δfp＝13pL；步骤5.4，重复步骤5.1-步骤5.3，即可生成全部相位屏。

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