地球表面和大气中的目标在反射、散射和透射及发射电磁辐射的过程中,会产生由它们自身性质决定的特征偏振,即偏 振特性中蕴涵着目标的多种信息。偏振遥感是近年来倍受关注的一种新兴的对地观测方法,在国际上已成为一个快速发 展的领域。本文从偏振遥感物理机理出发,主要就近年来国内偏振遥感发展的四个方面进行了回顾和总结,分别 为: 1)偏振测量仪器平台; 2)地物偏振反射特性研究; 3)大气偏振遥感研究; 4)仿生偏振导航研究。

由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性,使得可见和红外偏振遥感逐步发展成为地基、航空和卫星观测的新 技术手段,在全球气候变迁研究、对地遥感和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标,从偏振分析机 制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振遥感系统研究进展,并结合光与物质相互作用的偏振机理,以 及国内外相关领域可见和红外波段偏振探测实验研究结果,讨论了光谱偏振遥感信息在反演大气、自然地物、 人工目标以及天体等性质中的应用基础研究情况。最后,充分关注偏振光学、光电子技术和计算机技术发展状 况,并考虑先进偏振检测、定标等技术在光学偏振遥感系统中的应用进程,展望了光学偏振遥感技术的发展趋势。

主要回顾了偏振遥感的产生与发展历程及其在植被、岩矿、土壤、水体等方面的研究成果,并展望了偏振遥感发展的 未来。众所周知,传统遥感是将地球视为朗伯体,故采取垂直方式获取地表的二维信息,其目的是为了更有利于对遥感 信息进行计算机处理。事实证明,把地球当做朗伯体颇欠合理,来自地球表面的信息具有明显的三维空间分布特征。 李小文院士对二向反射分布函数(BRDF)进行了深入研究,并取得了令人瞩目的成果。偏振反射与二向性反射是一对孪生姊妹.BRDF主要 反映的是光谱的角度信息,而偏振反射不但反映光谱的角度信息,同时也反映光谱的偏振信息。当地表某个部分 为朗伯面时,其光谱的角度信息与偏振信息均为零。分析比较偏振遥感与多角度、高光谱遥感以及微波遥感的内在 联系与差异,不难发现上述三种遥感是偏振遥感的特例。

介绍了三种主要的同时偏振成像探测方式及其发展现状,总结了同时偏振成像技术的特点,阐述了同时偏振成像技 术的发展前景。针对一种成像方式进行了初步设计,给出了光学系统的设计结果。

物质材料例如涂层、金属、电介质等有其各自的偏振特性。Stokes参量或是Mueller矩阵表示了偏振量化信息与材料 性质的关系。介绍了Mueller矩阵测量方法, 使用He-Ne ( nm)激光器经起偏器产生的偏振光照射在铝样品上,并经偏振分析光学系统,获取样 品Mueller矩阵元素测量图像数据。在给出 延迟器校正结果的前提下,使用64个偏振测量图像,并采用最小二乘法减小误差,给出了铝板样品的偏 振反射Mueller矩阵,比较分析了水平/垂直、 和左旋/右旋圆偏振分量随样品转角变化时的退偏特性曲线。结果表明,铝板的圆偏光与线偏光的退偏度 显著,为使用圆偏振实现探测提供可能性。

气溶胶散射光偏振特性的测量与分析,对求得气溶胶的尺度谱、数密度、形状和折射率等数据,以及反 演大气的光学和物理参数有着重要的意义。 简要介绍了多角度偏振浊度计的测量原理,详细介绍了针对该仪器的扫描结构,如何完成在不同散射角上对偏振测量角度的控制。

分析偏振测量原理得到偏振成像偏振度的测量绝对误差。通过偏振测量实验，分别计算了偏振光的真实偏振度和偏振 成像的偏振度，求出偏振度的绝对误差， 与理论分析结果相符合。检测了实验中使用的偏振成像探测系统的测量精度。

多角度偏振辐射计是一种通过扫描方式获取大气多角度光谱偏振信息的仪器。根据大气多角度偏振信息测量原理,重点设 计了偏振辐射计的多路大气偏振辐射信号同步采集系统,并对此系统进行信息测量。实验结果表明：多角度偏振辐射计大 气偏振多路同步采集系统满足设计要求。

偏振相机内部的多个光学表面会改变入射光束的偏振状态,并且改变的程度与入射光束的偏振态、视场角和 方位角等因素有关。通过研究偏振光束与光学成像器件 的相互作用,推导了考虑光学系统偏振效应的通用辐射模型,并基于辐射模型简要描述了目标偏振信息的 反演方法及模型参数分离定标研究,给出了偏振相机的光学 定标方案,确立了偏振相机输出与入射光束斯托克斯参量 的定量关系,消除仪器自身的偏 振效应,准确反演目标的偏振信息,为偏振遥感图像的定量化应用 研究奠定基础。

介绍了多角度偏振辐射计的光机系统组成及其工作原理。根据仪器的工作原理,进行了光学系统的设计,从保证偏 振测量精度和满足光学设计要求出发, 重点解决了集束系统光轴平行性、视场对准的一致性问题,给出了多角度偏振辐射计的光机设计结果。

为了满足正交椭圆反射镜结构的航天要求,设计过程必须把握可靠性这一主线要求,并进行仿真验证。在确定初 步方案后,对胶结点的位置运用了ANSYS软件的设计优化模块辅助设计,对镜框的减重运用了拓扑优化模块,最 后,进行了静力和模态分析验证。分析结果表明,反射镜应力最大值为1.5 MPa,胶垫的最大应力为0.98 MPa,一阶 自振频率为181.8 Hz,都在安全范围内,满足反射镜的航天要求。