[发明专利]一种大气偏振理论模型的二维表征方法

摘要

本发明涉及一种大气偏振理论模型的二维表征方法，其特征是在建立和实际地理位置相关联的描述大气偏振理论模型的三维空间坐标系基础上，将大气偏振信息在所述三维空间坐标系中，以原点为球心半径为r的球面D上进行描述；而后在三维空间坐标系中建立描述大气偏振理论模型的平面坐标系，建立所述三维空间坐标系中球面D上的点与平面坐标系中的点之间的映射关系，以及映射点之间的大气偏振信息的映射关系；根据所述三维空间坐标系与平面坐标系及建立的映射关系，给出大气偏振理论模型的二维表征方法流程。本发明方法可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。

主权项

1.一种大气偏振理论模型的二维表征方法，其特征是按如下过程进行：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：以所述三维空间坐标系oxyz中点(0，0，r)为新的坐标系原点o_m，三维空间坐标系oxyz的z轴负向为法线建立平面坐标系o_mx_my_m，法线方程为x＝y＝0；其中o_mx_m轴与ox轴平行朝向地理正东，o_my_m轴与oy轴平行朝向地理正北；在三维空间坐标系oxyz中，平面坐标系o_mx_my_m所在平面的方程为：z＝r    (3)其次，建立三维空间坐标系oxyz中球面D上的点与平面坐标系o_mx_my_m所在平面中的点之间的映射关系；将三维空间坐标系oxyz中的点(0，0，-r)与球面D上的点R(x₀，y₀，z₀)连接起来，做空间直线L，空间直线L的方程为：xx0=yy0=z+rz0+r---(4)]]>平面坐标系o_mx_my_m所在平面的法线方程x＝y＝0和空间直线L构成非正交关系，平面坐标系o_mx_my_m所在平面与空间直线L必相交于一点R_m(x_m，y_m，z_m)，通过联立计算式(2)、式(3)与式(4)求解点R_m(x_m，y_m，z_m)坐标，如式(5)所示：xm=2x0/(1+cosθ)ym=2y0/(1+cosθ)zm=r---(5)]]>平面坐标系o_mx_my_m所在平面与空间直线L的交点R_m(x_m，y_m，z_m)在平面坐标系o_mx_my_m中的二维坐标为M(x_m，y_m)，根据式(2)与式(5)，点M(x_m，y_m)与点R(x₀，y₀，z₀)之间的映射关系表述为：xm=2y0/(1+z0/x02+y02+z02)ym=2y0/(1+z0/x02+y02+z02)---(6)]]>实际大气偏振模式的空间分布只存在于三维空间坐标系oxyz中z≥0的部分，式(6)的约束条件为z₀≥0；根据式(6)建立三维空间坐标系oxyz中球面D上的点R(x₀，y₀，z₀)与平面坐标系o_mx_my_m中的点M(x_m，y_m)之间一一对应的关系，点R(x₀，y₀，z₀)处的大气偏振信息P_R(x₀，y₀，z₀)和平面坐标系o_mx_my_m中点M(x_m，y_m)处的大气偏振信息P_M(x_m，y_m)也构成一一对应关系，表示为：P_M(x_m，y_m)＝P_R(x₀，y₀，z₀)(7)最后，根据所述三维空间坐标系oxyz与平面坐标系o_mx_my_m以及所述式(7)的映射关系，大气偏振理论模型的二维表征方法过程如下：(1)对于平面坐标系o_mx_my_m中满足xm2+ym2≤2x02+y02+z02≤2r]]>条件的点M(x_m，y_m)，根据式(2)、式(5)和式(6)求出点M(x_m，y_m)对应的三维空间坐标系oxyz中的点R(x₀，y₀，z₀)，求出点R(x₀，y₀，z₀)与三维空间坐标系oxyz的原点o的连线与z轴正向夹角θ、与x轴正向夹角(2)当太阳实际空间朝向参数，即在三维空间坐标系oxyz中与z轴正向夹角为θ_s与x轴正向夹角为时，平面坐标系o_mx_my_m中点M(x_m，y_m)处线偏振度信息P按照式(9)计算：P＝P_maxsin²γ/(1+cos²γ)                    (9)其中P_max表示天空中的最大偏振度，且cosγ＝sinθ_ssinθcosβ+cosθ_scosθ，平面坐标系o_mx_my_m中点M(x_m，y_m)处偏振化方向信息χ按照式(10)计算：(3)根据步骤(1)和(2)，求解出平面坐标系o_mx_my_m中所有满足xm2+ym2≤2x02+y02+z02≤2r]]>条件的点处的线偏振度信息P与偏振化方向信息χ的数值，输出显示。