关键词:
太阳光
微观偏振
仿真建模
三维绘图工具
数据结构
摘要:
太阳光在进入大气层之后,由于大气中各种分子、粒子的散射作用,以及地表、云层的反射作用,形成在一段时间内稳定的大气偏振模式。大气偏振模式在偏振光导航、遥感探测、目标探测等领域均有重要的应用意义,但是传统大气偏振模式建模方法因为没有从微观偏振成因出发,因而不能为实际大气偏振模式建模提供较好的理论基础。本文采用电场矢量法和斯托克斯两种偏振光的描述方法,针对微观偏振现象成因,对光散射与反射的偏振特性进行了建模与仿真工作,并通过实验验证了模型的正确性。本文主要工作如下:\n 1.针对光的单次散射问题,使用电场矢量法,根据散射尺度函数把散射分为瑞利散射和米耶散射。针对两种单次散射模型,分别进行建模与仿真,使用经验公式推算散射参数的无穷级数计算,通过实验验证模型的正确性。\n 2.针对光的多次散射问题,使用蒙特卡洛方法,仿真大量光子在多次散射过程中的实际散射过程,通过统计的方法获得多次散射后出射光的偏振信息。\n 3.针对光的镜面反射问题,利用菲涅尔反射公式对镜面反射光的偏振特性进行建模,分析了反射光在不同反射材质影响下在偏振度、偏振相位、偏振方向的变化。\n 4.针对光的漫反射问题,使用BRDF和微粗糙表面模型,计算出漫反射各个方向的穆勒矩阵,通过对电导和非电导材料的仿真计算实验,分析反射光的在不同入射偏振光下的偏振特性。\n 5.在MFC下,使用OpenGL三维绘图工具,设计开发《大气偏振仿真系统》,阐述了系统模块之间关系,说明了模块内部的控制流程、数据结构与逻辑关系。