天空光偏振模型能够仿真天空光偏振态的分布规律,是研究天空光偏振态分布与大气特性参数之间的定量关系的重要工具.首先, 基于倍加累加法的辐射传输模型和T矩阵法计算粒子散射特性, 建立了适用于多种天气条件下的天空光偏振模型, 可覆盖可见光波段到近红外波段; 其次, 在比较实验中, 所建立模型的仿真结果与Hovenier等人的计算结果有95%的全天空光仿真点的相对误差小于5%; 最后, 利用基于液晶相位可变延迟器(liquid crystal variable retarders, LCVR)的全偏振成像探测系统进行全天空光探测实验, 结果表明, 所建模型的仿真精度优于传统模型, 并且在80%的区域内与实际观测结果保持一致.由此可以得出结论, 所建立的天空光偏振模型能够比较准确模拟多种天气下的全天空范围内天空光偏振态分布规律, 为不同天气条件下偏振遥感探测和偏振导航等技术提供有力的理论依据.

针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理。建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响。结果表明: 当太阳高度角hs<40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°偏振光导航 天空偏振模型 偏振光定向 定向算法 航向角误差 polarized light navigation skylight polarization pattern polarized orientation orientation algorithm heading angle error 

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光学 精密工程

2015, 23(9): 2429