天空光主导的波浪水面下偏振分布模型仿真

发布时间：2021-10-18 11:53

　　研究了由天空光主导的波浪水面下的偏振分布模式,验证了在波浪水面下使用偏振导航的可行性,讨论了不同太阳位置和水面波浪情况对水下偏振分布模式的影响。利用Cox-Munk海浪模型描述波浪水面,建立了考虑大气Rayleigh散射、气-水界面折射及水分子单次Rayleigh散射的基于Stokes矢量和Mueller矩阵的水下偏振传输模型。仿真结果与实测结果的一致性证明了所提模型的正确性。结果表明,由天空光主导的波浪水面下偏振分布模式是可以预测的,这主要与太阳位置和水面波浪情况有关。所提模型可以更准确地分析波浪水面下偏振特性,为水下偏振导航的应用提供了理论依据。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(20)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

大气-海洋光学简图

当光线经过折射进入水中后,由于光与水分子的相互作用而发生散射。在清澈的浅水,主要发生单次Rayleigh散射[13],Mueller矩阵[14]为Μ S = 3(1-ρ) 4(1+ρ/2) ×[ 1+ρ 1-ρ + cos 2 γ r - sin 2 γ r 0 0 - sin 2 γ r 1+ cos 2 γ r 0 0 0 0 2cosγ r 0 0 0 0 2-4ρ 1-ρ cosγ r ], ??? (15)

在仿真中,使太阳方位角φs为0°,这样风向与太阳方位的夹角即为风向角。图3展示了风向为0°,风速为5 m/s时不同太阳位置下的偏振度、偏振角及光强分布。其中,太阳天顶角分别为0°,30°,60°,90°。水下偏振分布高度依赖太阳位置。天空光除了中性点之外是部分偏振的。中性点是一些偏振度为0,偏振角发生扭曲的点。偏振度以太阳位置为中心,关于太阳子午线对称。随着太阳天顶角的增加,偏振度整体变大。所以,最大偏振度发生在日出与日落。偏振角关于太阳子午线对称。随着太阳天顶角的增加,偏振角发生改变,当太阳天顶角为30°和60°时,在太阳位置和天顶存在两个中性点。当太阳天顶角为90°时,有一个明显的“8”存在于太阳子午线。3.2 风 向

【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生偏振光导航传感器研究进展[J]. 褚金奎,张然,王志文,王寅龙.  科学通报. 2016(23)



本文编号：3442753