[毕业论文] 天空偏振光分布的特征获取与分析—影响因素的分析 [复制链接]

资料简介：

毕业设计-天空偏振光分布的特征获取与分析—影响因素的分析，共37页，17559字，附开题报告等

主要内容

主要功能：

地球表面和大气中的任何目标，在反射、散射和电磁辐射的过程中，会产

生由其自身性质决定的特征偏振。太阳光本身并不是偏振光，但当它穿过大气

层，经过大气分子或尘埃等颗粒的散射后便具有了偏振性。在一天的某一时刻

、某一位置，天空中具有相对稳定的偏振光分布模式），这个相对稳定的偏振

光分布模式具有镜像对称的特性，有研究表明，一些昆虫如沙蚁、蟋蟀等便利

用这一特征为自己进行导航。偏振特性所蕴含的多种信息让科学家们越来越重

视遥感信号的偏振特性。理论上来说，太阳光经过散射后偏振度呈环状分布。

但实际上，影响天空偏振光分布的因素较多，如大气粒子数多少、粒子大小、

天气状况以及测量波段等，都可能对天空偏振光分布模式造成很大的影响。因

此，通过分析各种情况下的天空某点偏振信息，得出天空某点偏振状态与太阳

位置、观测波段以及天气条件等的关系规律，通过偏振分布模式图获取偏振导

航所需要的精确的航向信息提供理论依据。

主要技术：

在采集到各种不同天气条件下的天空照片后，为了能够准确地对数据进

行分析，并直观而形象的表示出来，编写一个软件很重要。该程序在．ｎｅｔ

环境下编写。主要目的是通过读取对全天空拍摄的影像文件，使用在上述的偏

振度计算式，从而得出全天空偏振度、偏振方位角及stocks各分量的分布图。

为了使观察结果更形象直接，采用色度分级方法。

在一张数字图像中，画面信息存储在BGR三个通道中（实际上是按照

Blue，Green，Red的顺序存储的），形式上看类似数组。从上述公式可以看出

，一个点的偏振信息可以用偏振片以不同角度拍摄时此像素的亮度信息来计算

，所以我们就需要使用RGB图像的RGB分量计算出亮度信息。亮度在BGR三色

中所占的权重是B->14.4% G->58.7% R->29.9% 其中BGR都是8bit的信息，

........

摘 要

地球表面和大气中的任何目标，在反射、散射和电磁辐射的过程中，会产生由其自身性质决定的特征偏振。大量研究表明，光的偏振特性具有很高的利用价值，比如利用天空偏振光的动态特性补偿其他导航系统的航向误差，以提高导航系统的精度。理论上来说，太阳光经过散射后偏振度呈环状分布。但是，影响天空偏振光分布的因素较多，比如大气粒子数多少、粒子大小、天气状况以及测量波段都可能对天空偏振光分布模式造成较大的影响。本文主要研究了观测波段、天气条件以及太阳高度角对天空偏振光分布模式的影响情况。经过大量数据分析后得出结论：在全波段测量时，天空偏振度分布与太阳高度角密切相关，随着太阳高度角的变化，天空偏振的形状和大小都发生着变化，太阳高度角低的时候，天空中的偏振强度比较大，并且大气偏振度围绕偏振中性点呈现有规律的环状分布。在分波段测量时，相同条件下不同波段天空偏振度分布有差异。综合分析偏振度和偏振角的分布表明蓝波段更适合用于偏振光导航的探测。本文中得出的结论能尽可能地减少外界条件对偏振光导航的影响，为建立更精确的导航模型提供实验与理论基础，推进偏振光导航实用化方向发展。

关键字：偏振光；波段；天气条件；太阳高度角；偏振模式图

目录

1 绪论 1

1.1背景及意义 1

1.2研究现状 2

1.3研究内容及组织结构 4

2 偏振光基础 5

2.1偏振光定义 5

2.2瑞利散射 6

2.3偏振度和偏振角 7

2.4偏振中性点 9

2.5偏振光的数学描述 10

3 编程 13

3.1Visual Studio简介 13

3.2软件功能总体流程图 13

3.3类的详细设计 14

3.3.1类的详细定义 14

3.3.2主要界面展示 15

4 实验数据采集及分析 16

4.1实验数据采集 16

4.1.1仪器准备工作 16

4.1.2采集数据 17

4.2实验数据分析 18

4.2.1太阳高度影响 18

4.2.2大气条件影响 22

4.2.3观测波段影响 23

5 总结与展望 28

致谢 30

参考文献 31

研究内容及组织结构

本论文的研究内容属于北京市教委面上项目“天空偏振光影响因素分析与研究”的一部分。主要内容如下：

根据瑞利散射原理介绍天空中偏振光的产生机理，介绍和本文相关的基础原理，如斯托克斯分量及实验原理。并对全天空偏振光分布模式理论模型展开研究。

利用C++语言进行编程，编制能够对采集到的图像进行处理的软件。

在各种不同情况下进行大量全天空照片样本采集，并对处理过后的图像进行分析。总结各种因素，如大气粒子数多少、粒子大小、天气状况以及测量波段对全天空偏振模式的影响。

全文的组织结构如下：

第一章：概述了偏振光导航的背景、研究现状；偏振光导航的可能性和意义；简单地介绍了目前的研究现状，并确定本文研究内容。

第二章：介绍了偏振光相关的基础概念，阐述了光的偏振特性，偏振的成因；描述了偏振光的两大重要参数——偏振度与偏振角；分析了偏振度与偏振角的计算方法。

第三章：重点介绍在Visual Studio环境中进行MFC编程，编制软件进行图像的处理，以得到采集的全天空图像信息的大气偏振模式图。

第四章：这一章为本文的重点，详细说明了实验过程以及对所采集的数据的分析。通过编写的软件处理所采集的图像得到实际的大气偏振模式图，分别考虑太阳高度角、大气条件、不同观测波段对天空偏振光的模式分布图影响，并对此进行对比和分析，得出实验结论。

第五章：总结并提出实验与理论和分析实验中存在的不足，以及对后续的工作的展望。

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• 1091000194_开题报告.pdf  [5.17KB]
• 1091000194_成绩单.pdf  [2.32KB]
• 1091000194_答辩记录单.pdf  [2.43KB]
• 1091000194_进度报告.pdf  [14.06KB]