1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
针对现有大气偏振模式理论模型单独考虑太阳或月亮的影响，无法充分描述晴朗天气下黎明和黄昏过渡期间天空偏振模式的问题，提出了一种曙暮光影响的大气偏振模式建模方法。该方法引入太阳和月亮的影响，以太阳和月亮位置求解的Stokes矢量为基础，同时考虑了实际天空中大气粒子多次散射的因素，对Stokes矢量优化；分析太阳和月亮对大气偏振模式的影响，确定了太阳和月亮的影响权重；利用偏振角表征大气偏振模式。结果表明，所提模型的仿真结果与实测偏振角具有相同的分布和变化特性，且保持着较高的相似度，能够有效地表征曙暮光影响的大气偏振模式。
大气偏振模式 曙暮光 Stokes矢量 偏振角 偏振光导航 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501002
大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室，大连 116024
不同冰云条件对以偏振模式为导航信息源的偏振导航影响较大，为探究冰云大气相关参数（冰晶粒子形状、有效半径、冰水含量以及光学厚度等）对天空偏振模式的影响，建立了基于蒙特卡罗法的矢量传输模型，利用libRadtran模拟了实际冰云大气辐射传输过程，分析了不同冰云大气相关参数对天空偏振模式的影响，并通过图像式测试系统，实地测试了大连地区10组实际大气条件下天空偏振模式随冰云大气相关参数的变化情况。结果表明：冰晶粒子形状对冰云大气偏振度影响较大，对冰云大气偏振方位角影响较小。并且冰云大气偏振度随有效半径的增大而增大，随光学厚度和冰水含量的增大而减小，后逐渐趋于稳定的状态。在不同日期同一时刻下，大连地区实际冰云大气偏振度变化规律与仿真基本一致，验证了本文方法的有效性，为偏振导航的在实际冰云大气条件下的工程应用提供了理论支撑。
大气光学 偏振模式 libRadtran 冰云 大气散射 Atmospheric optics Polarization mode LibRadtran Ice cloud Atmospheric scattering 光子学报
2023, 52(11): 1101001
1 湖南工业大学 计算机学院, 湖南 株洲 412007
2 湖南工业大学 研究生院, 湖南 株洲 412007
3 湖南汽车工程职业学院 机电工程学院, 湖南 株洲 412001
光纤中线性偏振模式的选择是影响模分复用系统传输质量的关键因素。为此首先设计了基于模分与波分混合复用的直接检测光纤传输系统；其次, 基于光纤中线性偏振模式理论, 利用Optisystem15.0软件仿真研究LP01、LP11、LP02、LP12、LP215个模式在该光纤传输系统中的传输特性；然后, 将LP01、LP11、LP02、LP12四模式复用, 仿真得到了折射率渐变多模光纤纤芯半径在19~25 μm范围内变化时, 各通道Q因子均在7以上的纤芯半径最优化值为21~22 μm, 且此最优值不随传输距离而变化；最后, 在八通道混合复用系统中采用直接检测方式实现了误码率在10-9以下的2.0 km短距离传输。
模分复用 波分复用 线性偏振模式 Q因子与误码率 多模光纤 直接检测 mode division multiplexing, wavelength division mu
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
3 安徽建筑大学建筑信息获取与测控技术重点实验室，安徽 合肥 230601
大气偏振模式为仿生偏振光导航提供方向基准。在大气偏振模式测量系统中，当偏振片透光轴的起始方向与相机的偏振参考轴之间存在偏差角时，测得的大气偏振模式偏振角分布会出现太阳子午线弯曲的现象。为了解决偏差角对大气偏振模式测量产生的影响，通过建立偏差角误差模型，针对偏差角对大气偏振模式测量精度的影响进行了详细的分析；并提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法，利用大气偏振模式的中性点和对称性特征获取偏振角分布的最优对称轴，实现对偏差角的校正。实验结果表明，通过对偏差角的校正，能够提高大气偏振模式的测量精度。
成像系统 大气偏振模式 偏振光导航 偏振成像系统 太阳子午线弯曲 中性点 光学学报
2022, 42(22): 2211003
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学图像信息处理研究室，安徽 合肥 230009
3 合肥高创股份有限公司，安徽 合肥 230088
大气偏振模式在导航等领域具有广阔的应用前景，但是由于受到大气偏振信息采集装置物理特性的限制，在同一时刻只能获得局部的、不连续的偏振信息，对实际应用产生影响。针对此问题，本文通过挖掘大气偏振模式分布的连续性，提出一种大气偏振模式生成方法，从局部的偏振信息生成全天域的大气偏振模式。此外，偏振信息往往受到不同的天气条件、地理环境等因素的影响，而这些偏振数据在真实环境中难以采集。针对此问题，本文挖掘不同天气、地理条件下有限样本数据之间的多样性关系，以此关系将生成的大气偏振模式泛化到不同的条件下。本论文在仿真数据和实测数据上进行了实验，并与其它最新方法进行对比，实验结果证明了本文方法的优越性和鲁棒性。
大气偏振模式生成 有限样本驱动 偏振数据挖掘 atmospheric polarization mode generation few-shot driven polarization data mining
大连理工大学机械工程学院，辽宁 大连 116086
自然界中许多生物进化出利用天空偏振光进行导航的能力。天空光中紫外波段的能量和偏振度远低于可见光波段，一些生物却选择紫外波段进行导航，这被称为“生物偏振导航紫外悖论”。为了探究紫外波段天空光偏振优势，首先基于米散射理论分析了单粒子散射规律，然后采用蒙特卡罗法研究了云层的光传输特性，最后完成全天空偏振模式的仿真。仿真结果表明：紫外波段穿透云层散射介质后具有更高的偏振保持性，在多云阴天等不利天气条件下仍可利用紫外波段完成导航。从理论上分析了紫外波段在天空偏振导航中具备优势的原因，对仿生偏振导航目标波段的选取具有一定指导意义。
激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1701001
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西光电信息处理重点实验室, 桂林 541004
3 桂林电子科技大学北海校区 海洋工程学院, 北海 536000
为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点, 采用手机相机和线性偏振片相结合的方法, 进行了理论分析和实际验证, 得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明, 实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°,方位角的偏差为1.4°±0.8°, 证明了测量方法的可行性, 随着天空中云层的增加, 天空光偏振分布图像会发生扭曲, 但仍然可以确定中性点位置, 为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位, 并且具有易操作、便携等优点, 在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本, 提高了民用价值。
散射, 中性点, Rayleigh散射, 大气偏振模式 scattering neutral points Rayleigh scattering skylight polarization pattern
太原科技大学电子信息工程学院, 山西 太原 030024
为了满足无人飞行器自主导航对姿态参数的迫切需求,提出一种利用大气偏振信息获取载体三维姿态信息的方法。首先充分解析大气偏振模式;然后采用K-means聚类算法解算太阳在空间中的位置信息;最后利用磁罗盘与载体体轴夹角获取载体的航向信息。在已知航向角的基础上,对导航坐标进行基准变换。首先将天顶点与太阳位置处于同一轴向,使得天顶点与太阳位置矢量处于同一基准并同时旋转;然后根据天顶点与太阳位置固有的高度夹角,将俯仰角与横滚角的计算进行转换;最后通过一系列的转换和计算得到横滚角和俯仰角的信息。实验结果表明,利用大气偏振模式解算的太阳位置可获得有效的载体姿态信息,模拟仿真的解算精度可达0.01°,外场实验的精度可达0.1°。
成像系统 大气偏振模式 K-means聚类算法 导航 姿态 激光与光电子学进展
2020, 57(22): 221107
