[发明专利]一种大气偏振理论模型的二维表征方法

说明书

技术领域

本发明属于智能信息获取和处理，以及仿生机器人导航技术领域，是一种大气偏振理论模型的表征方法，特别涉及一种大气偏振理论模型的二维表征方法。

背景技术

太阳光本身是一种自然光源，但是在大气传输过程中被大气中的粒子散射和反射，比如被O₂和N₂分子，由此会产生相应的偏振光。大气中具有不同偏振方向，不同偏振强度的太阳光，便形成了特定的大气偏振模式。大气偏振模式信息主要包括线偏振度、偏振化方向等参数信息。大气偏振模式中含有重要的导航信息，对仿生机器人的导航有着重要指导意义与研究价值。另外，大气偏振信息在大气光学和偏振遥感探测等研究中也有着广泛的应用，大气偏振特性的时空分布信息为反演大气的光学和物理参数、建立大气散射辐射偏振特性模型提供了必不可少的素材。研究大气偏振理论模型的表征与分析对于研究上述问题有重要的指导意义，因此理论模型的表征与分析就显得尤为重要，现有理论模型中应用最为广泛的是基于瑞利散射的大气偏振理论模型。

传统的三维表征方式可以合理地描述基于瑞利散射的大气偏振理论模型的空间分布与变化，但是大气偏振特性的观测结果一般都是二维表征结果，在利用观测结果与三维表征方式下的理论模型进行比对验证时会存在很多困难和问题。因此，需要对大气偏振理论模型进行二维表征，现有基于瑞利散射的大气偏振理论模型的二维表征结果，从本质上讲都是三维表征方式垂直方向直接投影的结果。二维表征结果丢失了大量三维表征信息，二维表征的映射方法没有严密的数学论证，因此，表征结果不能合理地描述大气偏振模式的三维分布，同时也无法从二维表征结果反演大气偏振模式的三维分布特征。现有的二维表征方式存在以下不足：

1、现有的二维表征结果是三维表征方式沿垂直方向上的投影，这一映射关系没有严格的数学论证，两种表征结果之间不存在一一对应的关系，无法从二维表征结果反演三维信息；

2、现有的二维表征结果丢失了地平附近信息大量三维信息，并放大了天顶附近变化趋势在整体模型中的比例，无法正确描述线偏振度信息和偏振化方向信息的整体分布趋势，表征结果会造成直观认识上的误解；

3、现有的二维表征结果缺乏实际地理位置信息，无法将表征结果与实际空间方位进行联系。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种大气偏振理论模型的二维表征方法，以满足对于基于瑞利散射的大气偏振理论模型的二维表征时对准确性与可靠性的要求问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明大气偏振理论模型的二维表征方法的特点是按如下过程进行：

首先，建立描述大气偏振理论模型的三维空间坐标系oxyz与平面坐标系o_mx_my_m；以地理正东为x轴，单位矢量为地理正北为y轴，单位矢量为过天顶的垂线为z轴，单位矢量为以地面观测者位置为原点o，建立三维空间坐标系oxyz；所述三维空间坐标系的x轴、y轴和z轴上的单位矢量方向位置关系满足式(1)：

i→×j→=k→---(1)]]>

将所述三维空间坐标系oxyz中，从地面观测者位置原点o出发的所有方向上的偏振信息在以原点o为球心，半径为r的球面D上进行描述，r设定为任意大于零的常数；

在所述三维空间坐标系oxyz中，从原点o出发与z轴正向夹角为θ且与x轴正向夹角为的方向，对应于球面D上的点R(x₀，y₀，z₀)，满足：