大氣偏振建模與仿真研究.pdf

1、太陽(yáng)光在大氣傳輸過(guò)程中，由于大氣中的空氣分子、氣溶膠粒子的散射作用以及云層、地表等非金屬表面的反射作用，產(chǎn)生的大量偏振光在天空中形成了特定的偏振態(tài)分布，稱(chēng)為大氣偏振模式。大氣偏振模式是仿生偏振光導(dǎo)航、空中目標(biāo)檢測(cè)等領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，也是遙感探測(cè)、大氣光學(xué)分析的重要對(duì)象。研究大氣偏振建模與仿真，計(jì)算并分析模式的狀態(tài)特征、變化規(guī)律，能夠?yàn)橐陨细鞣N應(yīng)用性研究提供理論基礎(chǔ)，具有重要的指導(dǎo)意義。本文采用新的光波描述方式，分別構(gòu)建出理想與實(shí)際大氣偏振

2、模型，結(jié)合真實(shí)環(huán)境狀況，仿真并分析大氣偏振數(shù)據(jù)。本文的主要工作如下：
　　 (1)綜述了現(xiàn)有大氣偏振建模與仿真的研究現(xiàn)狀，指出現(xiàn)有方法存在的問(wèn)題。研究大氣偏振模式的形成機(jī)制，分析了光的大氣散射過(guò)程及地表反射過(guò)程的簡(jiǎn)化模型。
　　 (2)采用電矢分量法結(jié)合斯托克斯矢量描述光波，分析了單點(diǎn)單次瑞利散射過(guò)程。利用電矢量特性解釋了現(xiàn)有模型中偏振角的物理意義，并定義了新的大氣偏振信息表征方法。
　　 (3)建立了一種基于電

3、矢量描述的理想大氣偏振模型。建立天球坐標(biāo)系與東北天坐標(biāo)系，利用兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將單次瑞利散射分析方法應(yīng)用于全天域，實(shí)現(xiàn)了理想情況下大氣偏振信息的計(jì)算。仿真結(jié)果顯示模型正確有效，解決了現(xiàn)有理想模型無(wú)法擴(kuò)展到實(shí)際模型的問(wèn)題。
　　 (4)建立了一種基于光波傳輸過(guò)程的實(shí)際大氣偏振模型。研究氣象狀況與能見(jiàn)距離的關(guān)系，設(shè)計(jì)并定義天氣分類(lèi)及其屬性。將菲涅耳公式應(yīng)用于天球坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)了光的地表反射建模。疊加光的散射模型、大氣傳輸模型及