大气偏振模式在导航等领域具有广阔的应用前景，但是由于受到大气偏振信息采集装置物理特性的限制，在同一时刻只能获得局部的、不连续的偏振信息，对实际应用产生影响。针对此问题，本文通过挖掘大气偏振模式分布的连续性，提出一种大气偏振模式生成方法，从局部的偏振信息生成全天域的大气偏振模式。此外，偏振信息往往受到不同的天气条件、地理环境等因素的影响，而这些偏振数据在真实环境中难以采集。针对此问题，本文挖掘不同天气、地理条件下有限样本数据之间的多样性关系，以此关系将生成的大气偏振模式泛化到不同的条件下。本论文在仿真数据和实测数据上进行了实验，并与其它最新方法进行对比，实验结果证明了本文方法的优越性和鲁棒性。

提出了一种基于霍夫变换的大气偏振模式∞字形重构方法,基于偏振角数学模型获得了∞字形表征方程, 运用霍夫变换求解未知参数,从偏振角信息中求解方程参数,进而重构出∞字形。实验结果表明∞字形 重构精度优于99%,提出的方法可以有效地从偏振模式中重构出∞字形,为后续偏振光导航提供了一种新的思路。

现有的偏振光导航方法提供的二维方向信息不能满足导航的实际需求，因此，本文提出了一种利用大气偏振模式获取三维姿态信息的方法，选取太阳作为空间显著特征点，利用大气偏振模式信息计算出载体在两次不同状态下的太阳空间位置信息，通过建立姿态变换矩阵获得了载体的三维姿态信息。最后，对不同天气条件、不同太阳空间位置、不同波段以及天空被部分遮挡情况下太阳空间位置计算的误差分布情况进行了仿真分析和实际测量。实验结果显示，当天空有气溶胶粒子分布时，蓝色波段下的计算误差最小，方位角和高度角的误差分别为1.50°和2.10°; 当观测视场中有树木遮挡时，方位角和高度角的平均误差分别为0.91°和1.97°，由此表明本文方法能够有效提取太阳的空间位置，获得载体的三维姿态信息，并满足实际导航的需求。