对典型卫星表面材料进行了可见光偏振测试,基于测试数据完成了表面材料的可见光反射特性分析;推导分析了基于偏振双向反射分布函数的可见光反射偏振传输模型,并基于测试数据对模型的模拟计算精度进行了评价。结果表明:模型计算的反射偏振度与实测结果有较好的一致性,且在镜面反射情况下,典型卫星表面常用的主体包覆材料偏振度最小,但偏振角有最大值。即材质表面组成成份不同,其可见光反射偏振特性有较大差异。结合考虑目标表面的偏振特性更有助于区分目标的物质组成,研究成果可为改善典型卫星目标探测的有效性提供基础数据支撑。

植被冠层反射太阳光会产生部分偏振光, 这为偏振遥感探测提供了信息源。 利用地基平台开展野外偏振测量是非常重要的研究, 它不仅能获取植被冠层本质的偏振反射特性, 而且还可以与机载或者星载平台数据进行匹配； 虽然研究者们已经通过机载或者星载偏振探测器获取了大量植被冠层的偏振反射信息, 但是关于地面植被冠层偏振反射分布特性的研究却很少。 因此, 为了详细研究植被冠层的偏振反射特性, 基于野外多角度高光谱偏振测量与偏振反射物理机制, 分析了植被冠层偏振光谱特性及其偏振反射分布特性； 随后, 反演了两种偏振模型的参数, 将测量值与模拟值进行对比分析。 研究结果发现, 植被冠层的偏振反射具有明显的各项异性特征, 而且与波长之间存在微弱的关系； 同时, 偏振模型可以很好地模拟植被冠层的偏振反射信息, 可以作为研究植被冠层的理论依据。 该研究测量的偏振反射信息与模型计算值之间呈现良好的吻合性, 既描述了植被冠层偏振反射分布特性, 又证明模型的有效性和测量结果的准确性。 对植被冠层偏振特性的详细研究, 不仅有助于完整地解释植被冠层与电磁波之间的辐射响应特征, 而且对于偏振遥感对地观测以及地表偏振信息对大气偏振信息的研究也具有重要科学价值。

基于野外与实验室多角度偏振测量信息与偏振反射物理机理，分析了不同植被冠层的偏振反射特性，同时得到了两个地表偏振反射模型的参数。结果发现，植被冠层的偏振反射比值与入射、探测几何相关；植被冠层的偏振反射具有明显的各向异性特征，且与植被冠层的结构形态相关；地表测量的植被冠层偏振反射比可达0.095，远大于以往结果；偏振反射模型可以有效地计算出一般植被冠层的偏振反射信息，但是对于完全平展型且有光滑叶片的冠层却会出现较大误差。

为了分析土壤含水量对双向反射的影响以及反演土壤含水量，研究了基于野外实测多角度高光谱数据，获取了双向反射模型的参数，并且通过模型计算值反演土壤含水量。通过分析在3 个波段以及不同角度反演的模型参数与含水量之间的关系，发现在不同角度利用模型反演土壤含水量的结果具有差异性；并且在865 nm 处反演精度最稳定。这表明利用双向反射分布特性能够以较高的精度反演土壤含水量，同时也应该考虑方向反射对反演精度的影响。

积雪性质的变化会影响积雪的反射, 从而遥感技术中可以利用反射信息的变化来确定积雪性质。 由于反射过程中会产生偏振信息, 在研究可见光近红外波段(350～2 500 nm)不同粒径大小积雪表面多角度反射特性的基础上, 同时分析了粒径以及由干雪变成湿雪对积雪表面偏振反射特性的影响。 通过野外测量结果表明, 粒径大小对积雪表面偏振反射的影响在近红外波段1 500 nm附近比较明显, 表现为在前向散射方向, 随着粒径的增加对应的偏振度变大; 这是由于在该波段附近, 积雪对光的吸收很强, 随着粒径的增加, 吸收会变大, 探测器获取的光大部分为单次散射光, 而单次散射光是引起偏振信息的主要来源; 在研究过程中发现从干雪变成湿雪这一过程会使偏振信息增加, 这是由于湿雪表面水膜的存在, 将相邻的雪粒粘连在一起, 相当于使积雪粒径变大, 但是这种影响主要体现在近红外波段。 综上所述, 将多角度偏振信息与反射信息结合可以为反演积雪性质提供可靠的方法与理论基础。

受到台风“布拉万”的影响, 吉林中部地区大范围处于灌浆期的玉米倒伏。 为了确定倒伏后玉米冠层对反射信息的影响, 从不同角度对其高光谱反射信息进行了测量与分析; 与此同时, 对偏振反射信息也进行了测量, 将反射与偏振信息结合起来分析了受风灾影响后农作物冠层反射特征的变化。 结果表明, 风灾过后倒伏玉米的反射信息在可见光波段降低, 而在近红外波段范围增大, 与正常直立生长的玉米反射信息比较, 具有非常明显的各项异性特征; 同时, 倒伏玉米的反射光中包含丰富的偏振信息, 利用偏振信息可以为区分倒伏区域提供依据。 这为利用遥感技术确定受灾范围与计算损失产量提供了依据。

为了利用遥感技术提取更多水面油膜的反射特征信息, 在传统遥感研究的基础上, 对水面油膜的多角度高光谱偏振反射信息进行了测量与分析, 且以偏振度作为定量研究指标, 采用3因素3水平的正交实验研究了入射天顶角、 波段和油膜厚度以及它们之间交互作用对水面油膜偏振度的影响。 对正交实验数据进行方差分析结果表明3个因素与它们之间的交互作用对水面油膜的偏振度均有影响； 而入射天顶角、 油膜厚度以及波段与油膜厚度的交互作用对偏振度的影响高度显著, 说明在利用多角度高光谱偏振反射信息研究水面油膜时, 不但要考虑单一因素对偏振度的影响, 而且必须要考虑因素间交互作用对偏振度的影响。

主要回顾了偏振遥感的产生与发展历程及其在植被、岩矿、土壤、水体等方面的研究成果,并展望了偏振遥感发展的 未来。众所周知,传统遥感是将地球视为朗伯体,故采取垂直方式获取地表的二维信息,其目的是为了更有利于对遥感 信息进行计算机处理。事实证明,把地球当做朗伯体颇欠合理,来自地球表面的信息具有明显的三维空间分布特征。 李小文院士对二向反射分布函数(BRDF)进行了深入研究,并取得了令人瞩目的成果。偏振反射与二向性反射是一对孪生姊妹.BRDF主要 反映的是光谱的角度信息,而偏振反射不但反映光谱的角度信息,同时也反映光谱的偏振信息。当地表某个部分 为朗伯面时,其光谱的角度信息与偏振信息均为零。分析比较偏振遥感与多角度、高光谱遥感以及微波遥感的内在 联系与差异,不难发现上述三种遥感是偏振遥感的特例。

偏振反射是伴随目标双向反射产生的。为了确定无烟煤表面的偏振反射与双向反射之间的定量关系，对无烟煤表 面进行了多角度偏振反射测量，并利用偏振度对偏振反射与双向反射进行了分析。研究结果表明，光线入射天顶角对偏振度的影响受粗糙 程度与碳含量的控制；随着光线入射天顶角的增大，偏振度会在0°～60°范围内增加；随着无烟煤中碳含量的增加，偏振度也会变 大；表面光滑的无烟煤的偏振度大于表面粗糙的无烟煤的偏振度；偏振度可以定量地将反射光中的镜面反射与漫反射分量的比例关系反映出来。 通过计算偏振度可以反映出无烟煤自身的性质，也可以更详细地将偏振反射与双向反射之间的关系定量化。

在可见光波段范围内,利用折射率可以建立偏振度与海水密度之间的函数关系,但是计算的海水密度误差较大。为了更加精确的计算海水密度,以色散理论为基础,确定计算海水密度最优波段。实验中以大连湾与月芽湾海水为研究对象,利用USB2000光谱仪测量海水偏振光谱并计算出偏振度,用反向迭代法找出与实际密度对应的偏振度误差较小的波段,即计算海水密度的最优波段。结果表明,不同密度的海水在不同入射角度计算密度的最优波段不同,在(650±2)-(670±2) nm范围内具有较高的精度。在最优波段范围内计算的精度高,使得偏振信息计算海水密度在遥感技术中的实际应用更进一步。