偏振成像系统的数据处理与定量化研究

发布时间：2022-12-23 07:17

　　偏振探测技术已成为遥感探测的热点,在反演大气精细粒子、云与气溶胶微物理特性等方面展现出广泛的应用前景和价值,进行高精度的偏振定标则是定量化偏振数值反演的保障。为验证偏振探测仪器的探测能力,开展实验室偏振定标和在轨偏振定标研究具有重要的科学意义和工程价值。论文从偏振定标源的特性分析入手,考虑偏振遥感仪器自身结构特点,将实验室偏振定标与在轨偏振定标有机结合,提出了一种多角度偏振成像仪生命周期全过程的偏振定标方法,为偏振遥感仪器的性能评估与定量化反演提供数据质量保证,对高精度的气溶胶与云反演、大气校正等应用具有重要的理论和实践意义。本文根据多角度偏振成像仪（Multi-angle polarization imager）的光机结构、成像方式,结合偏振光学原理及矩阵光学理论,提出了全像面的偏振定标模型。利用该模型,分析了仪器自身偏振效应机理,确定了影响仪器偏振探测结果的偏振效应参数,并重点探究了导致参数变化的成因,最终获得了系统级偏振响应矩阵。针对已在轨运行的多角度偏振成像仪未配置星上定标器的情况,论文还建立了基于水云零偏振度（degree of liner polarization,DOLP... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 偏振遥感的探测优势
    1.2 偏振遥感仪器介绍
        1.2.1 地基偏振探测仪
        1.2.2 星载偏振遥感仪
    1.3 偏振定标的意义与要求
        1.3.1 根据目标物理量分类法
        1.3.2 根据寿命阶段分类法
        1.3.3 实验室偏振定标方法
        1.3.4 在轨偏振定标方法
        1.3.5 偏振定标精度要求
    1.4 国内外实验室偏振定标研究进展
        1.4.1 国外实验室偏振定标现状
        1.4.2 国内实验室偏振定标现状
    1.5 国内外在轨偏振定标研究进展
        1.5.1 国外在轨偏振定标现状
        1.5.2 国内在轨偏振定标现状
    1.6 实验室偏振定标与在轨偏振定标面临的主要问题
        1.6.1 实验室偏振定标面临的问题
        1.6.2 在轨偏振定标面临的问题
        1.6.3 本文解决的问题
    1.7 论文结构
第2章 偏振定标模型建立
    2.1 偏振探测原理
    2.2 多角度偏振成像仪系统介绍
        2.2.1 多角度偏振成像仪的任务与技术指标
        2.2.2 多角度偏振成像仪的仪器特点
        2.2.3 多角度偏振探测模式
    2.3 偏振定标模型
        2.3.1 理想偏振探测模型
        2.3.2 实际偏振探测模型
    2.4 仪器生命周期全过程偏振定标流程
    2.5 本章小结
第3章 基于水云在轨偏振定标
    3.1 大气辐射传输模型
        3.1.1 标量辐射传输模型
        3.1.2 矢量辐射传输模型
    3.2 云相态偏振分析
        3.2.1 云相态与分类
        3.2.2 水云偏振特性
    3.3 基于水云定标流程
        3.3.1 滤光片-偏振片平均相对透过率
        3.3.2 起偏度
        3.3.3 低频相对透过率
        3.3.4 偏振响应矩阵
    3.4 验证与精度分析
        3.4.1 平均相对透过率定标结果验证
        3.4.2 偏振响应矩阵定标结果验证
        3.4.3 不确定度分析
    3.5 本章小结
第4章 基于海洋耀斑在轨偏振定标
    4.1 海洋耀斑模型
        4.1.1 Fresnel镜面反射
        4.1.2 粗糙海面模型
    4.2 大气辐射传输过程与模拟
    4.3 修正大气影响
        4.3.1 辐射传输相对差异?
        4.3.2 反射率拟合公式
    4.4 验证与不确定度分析
        4.4.1 POLDER3 对比验证
        4.4.2 不确定度分析
    4.5 定标结果
    4.6 本章小结
第5章 可调偏振定标系统
    5.1 偏振定标系统
    5.2 可调偏振度起偏器原理
        5.2.1 偏振的产生
        5.2.2 偏振度与入射角的关系
    5.3 平板玻璃重影问题
        5.3.1 玻璃重影光线追迹
        5.3.2 光线光通量计算
        5.3.3 光束发生重叠的最大宽度与入射角度、玻璃厚度关系
        5.3.4 平板玻璃多次透射与偏振度的关系
    5.4 可调偏振度起偏器设计
        5.4.1 平板玻璃
        5.4.2 玻璃框架结构
        5.4.3 转动驱动机构
        5.4.4 电机选择
        5.4.5 盒体
    5.5 偏振定标系统装调与搭建
        5.5.1 装调方案
        5.5.2 光学校准
        5.5.3 平板玻璃角度控制
    5.6 偏振定标验证与结果
        5.6.1 起偏器盒体偏振探测精度检验
        5.6.2 验证结果与讨论
    5.7 不确定度分析
        5.7.1 玻璃折射率影响
        5.7.2 玻璃吸收影响
        5.7.3 玻璃平行度影响
        5.7.4 电机误差影响
        5.7.5 玻璃装调误差影响
        5.7.6 盒体装调误差影响
        5.7.7 平行光管发散角影响
        5.7.8 积分球稳定性影响
        5.7.9 合成不确定度分析
    5.8 本章小结
第6章 总结
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于海洋耀斑的多角度偏振成像仪在轨偏振定标技术[J]. 张一鹏,胡秀清,殷德奎,顾明剑.  光学学报. 2020(15)
[2]大视场偏振多光谱相机的在轨辐射定标研究进展[J]. 陈兴峰,刘李,葛曙乐,李新,张凯南,杨本永.  光谱学与光谱分析. 2020(02)
[3]天宫二号对地观测应用研究进展[J]. 任海根,李盛阳.  载人航天. 2019(06)
[4]星载偏振扫描仪星上偏振定标器[J]. 杨洪春,洪津,邹鹏,宋茂新,杨本永,刘振海.  光学学报. 2019(09)
[5]多角度偏振探测技术[J]. 殷德奎.  红外. 2019(01)
[6]GF-5卫星多角度偏振成像仪在轨偏振定标[J]. 李照洲,伽丽丽,谢一凇,朱思峰,李正强,潘志强.  大气与环境光学学报. 2019(01)
[7]红外偏振效应和偏振遥感研究进展[J]. 褚君浩,胡志高.  遥感学报. 2018(06)
[8]利用CE318-DP型太阳光度计反演多通道气溶胶光学特性[J]. 王雨轩,胡方超.  中国科技论文. 2018(21)
[9]星载偏振扫描仪的星上偏振定标方法[J]. 杨洪春,杨本永,宋茂新,邹鹏,孙晓兵,洪津.  中国激光. 2018(11)
[10]多通道型偏振成像仪的偏振定标[J]. 杨斌,颜昌翔,张军强,鞠学平.  光学精密工程. 2017(05)

博士论文
[1]多通道偏振辐射计的精度影响关键因素分析研究[D]. 范慧敏.中国科学技术大学 2017
[2]全偏振成像相机及偏振去雾技术研究[D]. 梁健.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2017
[3]推扫式可见光／近红外成像光谱仪的在轨光谱定标与偏振校正技术研究[D]. 王宏博.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[4]大口径光学有效载荷辐射定标技术研究[D]. 孙景旭.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[5]空间目标红外偏振特性获取关键技术研究[D]. 牛继勇.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[6]遥感传感器热红外数据辐射定标研究[D]. 张勇.中国科学院研究生院（遥感应用研究所） 2006

硕士论文
[1]海洋目标光学偏振辐射特性研究[D]. 李金金.中国科学技术大学 2017
[2]全天域大气偏振模式实时测量装置的标定方法研究[D]. 怀宇.合肥工业大学 2015



本文编号：3724978