实际场景下大气偏振模式的建模与获取方法研究
发布时间：2021-07-26 22:49
大气偏振模式蕴含着十分丰富的时空信息,通过研究大气偏振模式的建模表征方法与实测获取方法,分析其分布特征,可以获得时间信息、空间方位信息以及大气成分等信息,对利用偏振光进行自主导航、目标探测、大气遥感、大气光学分析等领域具有重大的研究价值。本文通过分析经过偏振成像系统后天空偏振模式的实际分布情况,提出了一种基于成像理论的大气偏振模式表征建模方法,并且考虑到经过偏振成像系统后的天空偏振模式会发生畸变,提出了一种基于成像理论的大气偏振模式畸变程度分析方法。除此之外,在大气偏振模式的实测数据获取层面上,提出了一种大气偏振模式的自适应性获取方法。本文的主要工作包括:（1）在瑞利散射原理的基础上,分析三维空间中的大气偏振模式在成像平面的分布情况,并将大气偏振模式与成像系统相结合,建立了基于成像理论的大气偏振模式表征模型,然后将本模型与瑞利模型进行了对比,验证了该解析模型的准确性;（2）在对成像系统以及鱼眼镜头的内在结构以及成像结果分析的基础上,探讨天空光进入成像系统后发生的畸变现象,研究其畸变原理,分析了基于三种成像模式下大气偏振模式的畸变程度,并提出了基于成像理论的大气偏振模式畸变分析方法;（3...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气偏振模式获取技术发展历程
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文6构感知偏振信息的启发，设计了一种四通道偏振光导航传感器[61]；同年，赵开春等人基于ARM的集成方式，设计了六通道偏振光导航传感器，并将其应用到机器人上[62]；2009年，晏磊等人在分析偏振光导航机理后，研制了采集大气偏振模式的光电测试系统[63]；2010年，黄旭锋等人设计了四通道分时复用的偏振光传感器[64]；同年，刘佳琦等人设计了由偏振片、滤光片和光电探测器组成的三通道偏振光传感器[65]；2013年，刘辉邦等人在无人机平台上设计了偏振光导航传感器[66]；2015年，李逸搏等人在八旋翼无人机平台上，研制了小型偏振光导航传感器，并且成功实现了与惯导、地磁和GPS进行导航信息融合[67]；2017年，褚金奎等人研制了一种可以同时获取多个方向信息的大气偏振模式多方向实时传感器样机[68]。1.3主要内容与章节安排在大气偏振模式的建模研究中，本文针对现有模型的不足，分析经过偏振成像系统后大气偏振模式的分布特性，从成像角度上提出一种基于成像理论的大气偏振模式表征模型，该模型实现了大气偏振模式与实际成像的结合，并且考虑到经过偏振成像系统后的偏振模式会发生畸变，因此进一步分析了这种成像模型下天空偏振模式的畸变程度。此外，在针对基于时序方法的大气偏振模式测量系统的不足，提出了一种无需知道偏振片转动的角度就可以获取大气偏振模式的测量方法，该方法首先通过设计自适应性算法估计出偏振片转动的角度，再根据所估计的角度求解大气偏振模式，这为实测大气偏振模式提供了可靠的信息获取方法。本文章节逻辑关系结构图如图1.4所示。图1.2本文逻辑关系结构图Fig1.2Thelogicalstructureofthechapters
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文8第二章散射理论与大气偏振模式太阳光从太空中入射到地球时，会经过大气和周围环境的作用，发生散射、反射、折射等现象，使其偏振化，从而形成地球固有的大气偏振分布模式。并且这种分布模式比较稳定。导致该分布模式的结果与大气中粒子的散射作用密切相关。用瑞利散射和米式散射的原理可以描述两种不同经典粒子的散射过程，众多学者也基于此建立了各种不同的大气偏振模型。本章在粒子散射的基础上介绍了大气偏振模式形成原因以及不同的模型表征，为后续更加精确地描述大气偏振模式奠定了理论基矗2.1偏振光的概述没有经过大气层的太阳光为非偏振光。但是一旦无偏的太阳光进入大气层后，就会与大气中的各种粒子发生折射和散射等作用，进一步形成了一定偏振状态的偏振光，也有部分光子保持原来的状态，因此天空光为部分偏振光。根据光学理论可知，光是一种电磁波，由电场矢量的相位关系可将偏振光分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。如图2.1所示，光的电场矢量E和磁场矢量H都垂直于光的传播方向，一般情况下，我们将E矢量又称为光矢量，E矢量与传播方向构成的平面称为光的振动平面。图2.1光的E矢量描述Fig2.1TheE-vectorformulationofthelight偏振光的表述方法主要有斯托克斯矢量法、琼斯矢量法、三角函数法、和图示法[69]，本文主要以斯托克斯矢量法来展开叙述。英国科学家斯托克斯(GeorgeStokes)于1852年提出了一束光的偏振态可以用四个具有光强度量纲的参数[，，，]来描述，并且将其定义为，IQUV
【参考文献】：
期刊论文
[1]多方向偏振光实时定位样机的设计与搭建[J]. 褚金奎,张慧霞,王寅龙,时超. 光学精密工程. 2017(02)
[2]光的地表反射偏振特性分析及空间偏振模式计算方法[J]. 王玲妹,高隽,谢昭. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(07)
[3]气溶胶对天空偏振辐射影响的测量[J]. 褚金奎,王威,崔岩,支炜,高启升. 光学精密工程. 2012(03)
[4]大气粒子散射特性及其对空间偏振分布的影响[J]. 吴良海,高隽,范之国,何均均. 光学学报. 2011(07)
[5]基于复球面映射的大气偏振模式表征与分析[J]. 吴良海,高隽,范之国,张骏. 仪器仪表学报. 2011(04)
[6]偏振正交误差对偏振光导航定位系统测量精度的影响[J]. 黄旭锋,步扬,王向朝. 中国激光. 2011(01)
[7]基于电矢量描述的大气偏振建模[J]. 张旭东,林金金,谢昭,纪松,吴克伟,高隽. 电子学报. 2010(12)
[8]基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探[J]. 晏磊,关桂霞,陈家斌,吴太夏,邵轩. 北京大学学报(自然科学版). 2009(04)
[9]人造偏振片的发明与立体电影的发展[J]. 祝玉华,王贺清,石凤良. 中国现代教育装备. 2008(09)
[10]仿沙蚁POL-神经元的偏振信息检测方法的研究[J]. 范之国,高隽,魏靖敏,张武昕,胡翊. 仪器仪表学报. 2008(04)
博士论文
[1]仿生偏振导航传感器原理样机与性能测试研究[D]. 赵开春.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]仿生偏振光导航无人机测控系统设计[D]. 李逸博.合肥工业大学 2015
[2]面向偏振光传感器的无人机导航平台开发[D]. 刘辉邦.大连理工大学 2013
[3]基于POL-神经元的仿生偏振光导航传感器研究[D]. 范宁生.合肥工业大学 2011
[4]偏振光辅助定姿在组合导航中的应用[D]. 刘佳琦.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3304523
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气偏振模式获取技术发展历程
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文6构感知偏振信息的启发，设计了一种四通道偏振光导航传感器[61]；同年，赵开春等人基于ARM的集成方式，设计了六通道偏振光导航传感器，并将其应用到机器人上[62]；2009年，晏磊等人在分析偏振光导航机理后，研制了采集大气偏振模式的光电测试系统[63]；2010年，黄旭锋等人设计了四通道分时复用的偏振光传感器[64]；同年，刘佳琦等人设计了由偏振片、滤光片和光电探测器组成的三通道偏振光传感器[65]；2013年，刘辉邦等人在无人机平台上设计了偏振光导航传感器[66]；2015年，李逸搏等人在八旋翼无人机平台上，研制了小型偏振光导航传感器，并且成功实现了与惯导、地磁和GPS进行导航信息融合[67]；2017年，褚金奎等人研制了一种可以同时获取多个方向信息的大气偏振模式多方向实时传感器样机[68]。1.3主要内容与章节安排在大气偏振模式的建模研究中，本文针对现有模型的不足，分析经过偏振成像系统后大气偏振模式的分布特性，从成像角度上提出一种基于成像理论的大气偏振模式表征模型，该模型实现了大气偏振模式与实际成像的结合，并且考虑到经过偏振成像系统后的偏振模式会发生畸变，因此进一步分析了这种成像模型下天空偏振模式的畸变程度。此外，在针对基于时序方法的大气偏振模式测量系统的不足，提出了一种无需知道偏振片转动的角度就可以获取大气偏振模式的测量方法，该方法首先通过设计自适应性算法估计出偏振片转动的角度，再根据所估计的角度求解大气偏振模式，这为实测大气偏振模式提供了可靠的信息获取方法。本文章节逻辑关系结构图如图1.4所示。图1.2本文逻辑关系结构图Fig1.2Thelogicalstructureofthechapters
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文8第二章散射理论与大气偏振模式太阳光从太空中入射到地球时，会经过大气和周围环境的作用，发生散射、反射、折射等现象，使其偏振化，从而形成地球固有的大气偏振分布模式。并且这种分布模式比较稳定。导致该分布模式的结果与大气中粒子的散射作用密切相关。用瑞利散射和米式散射的原理可以描述两种不同经典粒子的散射过程，众多学者也基于此建立了各种不同的大气偏振模型。本章在粒子散射的基础上介绍了大气偏振模式形成原因以及不同的模型表征，为后续更加精确地描述大气偏振模式奠定了理论基矗2.1偏振光的概述没有经过大气层的太阳光为非偏振光。但是一旦无偏的太阳光进入大气层后，就会与大气中的各种粒子发生折射和散射等作用，进一步形成了一定偏振状态的偏振光，也有部分光子保持原来的状态，因此天空光为部分偏振光。根据光学理论可知，光是一种电磁波，由电场矢量的相位关系可将偏振光分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。如图2.1所示，光的电场矢量E和磁场矢量H都垂直于光的传播方向，一般情况下，我们将E矢量又称为光矢量，E矢量与传播方向构成的平面称为光的振动平面。图2.1光的E矢量描述Fig2.1TheE-vectorformulationofthelight偏振光的表述方法主要有斯托克斯矢量法、琼斯矢量法、三角函数法、和图示法[69]，本文主要以斯托克斯矢量法来展开叙述。英国科学家斯托克斯(GeorgeStokes)于1852年提出了一束光的偏振态可以用四个具有光强度量纲的参数[，，，]来描述，并且将其定义为，IQUV
【参考文献】：
期刊论文
[1]多方向偏振光实时定位样机的设计与搭建[J]. 褚金奎,张慧霞,王寅龙,时超. 光学精密工程. 2017(02)
[2]光的地表反射偏振特性分析及空间偏振模式计算方法[J]. 王玲妹,高隽,谢昭. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(07)
[3]气溶胶对天空偏振辐射影响的测量[J]. 褚金奎,王威,崔岩,支炜,高启升. 光学精密工程. 2012(03)
[4]大气粒子散射特性及其对空间偏振分布的影响[J]. 吴良海,高隽,范之国,何均均. 光学学报. 2011(07)
[5]基于复球面映射的大气偏振模式表征与分析[J]. 吴良海,高隽,范之国,张骏. 仪器仪表学报. 2011(04)
[6]偏振正交误差对偏振光导航定位系统测量精度的影响[J]. 黄旭锋,步扬,王向朝. 中国激光. 2011(01)
[7]基于电矢量描述的大气偏振建模[J]. 张旭东,林金金,谢昭,纪松,吴克伟,高隽. 电子学报. 2010(12)
[8]基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探[J]. 晏磊,关桂霞,陈家斌,吴太夏,邵轩. 北京大学学报(自然科学版). 2009(04)
[9]人造偏振片的发明与立体电影的发展[J]. 祝玉华,王贺清,石凤良. 中国现代教育装备. 2008(09)
[10]仿沙蚁POL-神经元的偏振信息检测方法的研究[J]. 范之国,高隽,魏靖敏,张武昕,胡翊. 仪器仪表学报. 2008(04)
博士论文
[1]仿生偏振导航传感器原理样机与性能测试研究[D]. 赵开春.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]仿生偏振光导航无人机测控系统设计[D]. 李逸博.合肥工业大学 2015
[2]面向偏振光传感器的无人机导航平台开发[D]. 刘辉邦.大连理工大学 2013
[3]基于POL-神经元的仿生偏振光导航传感器研究[D]. 范宁生.合肥工业大学 2011
[4]偏振光辅助定姿在组合导航中的应用[D]. 刘佳琦.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3304523
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