基于瑞利散射理论, 对天空光偏振分布模式进行了仿真。利用图像式全天空偏振模式测试系统对东海海域的天空光偏振分布模式进行了测试。提出了一种利用偏振方位角信息判断子午线的方法。研究结果表明, 当太阳高度角大于85°或低于25°时, 可利用偏振方位角定位子午线方向。该子午线方向与理论仿真结果一致。

研究了黄海海域的天空光偏振分布模式,分析了海洋上空日光和月光的偏振特性分布规律以及云层对其产生的影响。基于瑞利散射理论对日光和月光的偏振分布模式进行仿真,利用图像式全天空偏振模式测试系统对黄海海域的天空偏振模式进行测试,分别将日光和月光的偏振测试结果与对应的理论仿真结果进行对比,并重点分析子午线方向和中性点的异同。结果表明:测试得到的日光和月光的子午线方向与对应的理论模式基本一致;测试得到日光的偏振模式中性点与理论仿真结果基本相同,但是测试得到月光的偏振模式中性点与理论仿真结果明显不同,在民用暮光阶段,天空光的偏振模式会受到月光和日光的双重影响。此外,云层会影响偏振方位角和偏振度的观测,致使测试仪器目前无法识别部分区域的偏振分布结果。

研究晴朗天气条件下满月天空偏振模式，分析并探索太阳光和月光天空偏振特性的分布规律。对夜间光源进行分析，以Rayleigh散射理论为基础对满月天空偏振模式进行了仿真。利用成像式全天空偏振光测试系统对太阳光、暮光和满月月光的天空偏振模式进行了测试，通过偏振模式中的特殊点中性点和子午线方向进行对比分析。结果表明：晴朗天气下满月偏振模式与仿真结果基本一致，符合Rayleigh散射理论；暮光偏振模式同时受到月光和太阳光的影响；当太阳高度角和月亮高度角相近时，太阳光和月光分布规律是相似的；光强大小并不改变天空光偏振模式的分布规律和偏振度的大小。

研究了水云光学特性对大气偏振特性的影响，对水云条件下大气偏振模式进行了仿真。使用基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式，模拟350~700 nm波长下大气偏振特性随水云的光学厚度、有效半径的变化趋势。通过计算450 nm波长处不同太阳高度角下的全天空离散点的Stocks矢量，对水云下大气的偏振分布模式进行研究，并与晴朗大气下的天空光偏振度和偏振方位角模式进行分析比对。结果表明，波长越大，偏振度随水云光学厚度增大而减小的趋势越明显。随着有效半径的减小偏振度有一定程度的减小，但对短波波段影响较小。随着太阳高度角的增大，天空可探测区域整体偏振度下降。天空光的偏振度近0区域，会对其附近偏振方位角的准确性产生一定影响。水云天气下的大气偏振分布研究为偏振光导航传感器的实际应用提供了理论基础。