專利名稱：：一種大氣偏振理論模型的二維表征方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于智能信息獲取和處理，以及仿生機(jī)器人導(dǎo)航
技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種大氣偏振理論模型的表征方法，特別涉及一種大氣偏振理論模型的二維表征方法。
背景技術(shù)：
：太陽光本身是一種自然光源，但是在大氣傳輸過程中被大氣中的粒子散射和反射，比如被02和^分子，由此會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的偏振光。大氣中具有不同偏振方向，不同偏振強(qiáng)度的太陽光，便形成了特定的大氣偏振模式。大氣偏振模式信息主要包括線偏振度、偏振化方向等參數(shù)信息。大氣偏振模式中含有重要的導(dǎo)航信息，對(duì)仿生機(jī)器人的導(dǎo)航有著重要指導(dǎo)意義與研究價(jià)值。另外，大氣偏振信息在大氣光學(xué)和偏振遙感探測等研究中也有著廣泛的應(yīng)用，大氣偏振特性的時(shí)空分布信息為反演大氣的光學(xué)和物理參數(shù)、建立大氣散射輻射偏振特性模型提供了必不可少的素材。研究大氣偏振理論模型的表征與分析對(duì)于研究上述問題有重要的指導(dǎo)意義，因此理論模型的表征與分析就顯得尤為重要，現(xiàn)有理論模型中應(yīng)用最為廣泛的是基于瑞利散射的大氣偏振理論模型。傳統(tǒng)的三維表征方式可以合理地描述基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的空間分布與變化，但是大氣偏振特性的觀測結(jié)果一般都是二維表征結(jié)果，在利用觀測結(jié)果與三維表征方式下的理論模型進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證時(shí)會(huì)存在很多困難和問題。因此，需要對(duì)大氣偏振理論模型進(jìn)行二維表征，現(xiàn)有基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的二維表征結(jié)果，從本質(zhì)上講都是三維表征方式垂直方向直接投影的結(jié)果。二維表征結(jié)果丟失了大量三維表征信息，二維表征的映射方法沒有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證，因此，表征結(jié)果不能合理地描述大氣偏振模式的三維分布，同時(shí)也無法從二維表征結(jié)果反演大氣偏振模式的三維分布特征?，F(xiàn)有的二維表征方式存在以下不足1、現(xiàn)有的二維表征結(jié)果是三維表征方式沿垂直方向上的投影，這一映射關(guān)系沒有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證，兩種表征結(jié)果之間不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，無法從二維表征結(jié)果反演三維信息；2、現(xiàn)有的二維表征結(jié)果丟失了地平附近信息大量三維信息，并放大了天頂附近變化趨勢(shì)在整體模型中的比例，無法正確描述線偏振度信息和偏振化方向信息的整體分布趨勢(shì)，表征結(jié)果會(huì)造成直觀認(rèn)識(shí)上的誤解；3、現(xiàn)有的二維表征結(jié)果缺乏實(shí)際地理位置信息，無法將表征結(jié)果與實(shí)際空間方位進(jìn)行聯(lián)系。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種大氣偏振理論模型的二維表征方法，以滿足對(duì)于基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的二維表征時(shí)對(duì)準(zhǔn)確性與可靠性的要求問題。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明大氣偏振理論模型的二維表征方法的特點(diǎn)是按如下過程進(jìn)行首先，建立描述大氣偏振理論模型的三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系0niXniym;以地理正東為x軸，單位矢量為f;地理正北為y軸，單位矢量為7;過天頂?shù)拇咕€為z軸，單位矢量為f;以地面觀測者位置為原點(diǎn)o，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz;所述三維空間坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸上的單位矢量方向位置關(guān)系滿足式(1):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>將所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從地面觀測者位置原點(diǎn)o出發(fā)的所有方向上的偏振信息在以原點(diǎn)o為球心，半徑為r的球面D上進(jìn)行描述，r設(shè)定為任意大于零的常數(shù)；在所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從原點(diǎn)o出發(fā)與z軸正向夾角為9且與x軸正向夾角為P的方向，對(duì)應(yīng)于球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)，滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>以所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中點(diǎn)(O，O，r)為新的坐標(biāo)系原點(diǎn)Om，三維空間坐標(biāo)系oxyz的z軸負(fù)向?yàn)榉ň€建立平面坐標(biāo)系omxmym，法線方程為x=y=0;其中omxm軸與ox軸平行朝向地理正東，Omym軸與oy軸平行朝向地理正北；在三維空間坐標(biāo)系oxyz中，平面坐標(biāo)系0mxmym所在平面的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其次，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)與平面坐標(biāo)系omxmym所在平面中的點(diǎn)之間的映射關(guān)系；將三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)(0，0，_r)與球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)連接起來，做空間直線L，空間直線L的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>平面坐標(biāo)系OmXmym所在平面的法線方程x=y=0和空間直線L構(gòu)成非正交關(guān)系，平面坐標(biāo)系0niXniym所在平面與空間直線L必相交于一點(diǎn)Rm(Xm，ym，zj，通過聯(lián)立計(jì)算式(2)、式(3)與式(4)求解點(diǎn)R邁(Xm，y邁，Z邁)坐標(biāo)，如式(5)所示:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>平面坐標(biāo)系0mxmym所在平面與空間直線L的交點(diǎn)Rm(xm，ym，zm)在平面坐標(biāo)系0mxmym中的二維坐標(biāo)為M(xm，yj，根據(jù)式(2)與式(5)，點(diǎn)M(xm，yj與點(diǎn)R(x。，y。，z。)之間的映射關(guān)系表述為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>實(shí)際大氣偏振模式的空間分布只存在于三維空間坐標(biāo)系oxyz中z>0的部分，式(6)的約束條件為z。>0;根據(jù)式(6)建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)與平面坐標(biāo)系omxmym中的點(diǎn)M(xm，ym)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，點(diǎn)R(x。，y。，z。)處的大氣偏振信息PK(x。，y。，z。)和平面坐標(biāo)系0mxmym中點(diǎn)M(xm，ym)處的大氣偏振信息PM(xm，ym)也構(gòu)成--對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為PM(x邁，y邁)=PK(Xo，y0，Zo)(7)最后，根據(jù)所述三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系0niXniym以及所述式(7)的映射關(guān)系，大氣偏振理論模型的二維表征方法過程如下(1)對(duì)于平面坐標(biāo)系0mxmym中滿足V^+乂<2>。2+乂+《S2r條件的點(diǎn)M(xm，ym)，根據(jù)式(2)、式(5)和式(6)求出點(diǎn)M(xm，ym)對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)R(x。，y。，z。)，求出點(diǎn)R(x。，y。，z。)與三維空間坐標(biāo)系oxyz的原點(diǎn)o的連線與z軸正向夾角9、與x軸正向夾角^:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(2)當(dāng)太陽實(shí)際空間朝向參數(shù)，即在三維空間坐標(biāo)系oxyz中與z軸正向夾角為9s與x軸正向夾角為^時(shí)，平面坐標(biāo)系0niXniym中點(diǎn)M(xm，ym)處線偏振度信息P按照式(9)計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(9)其中Pmax表示天空中的最大偏振度，且cosY=sinessinecosP+cos9,cos9，cos^sin(9sin《+cosecos《cosdw);平面坐標(biāo)系0niXniym中點(diǎn)M(xm，ym)處偏振化方向信息x按照式(10)計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(3)根據(jù)步驟(1)和(2)，求解出平面坐標(biāo)系0niXniym中所有滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>條件的點(diǎn)處的線偏振度信息P與偏振化方向信息x的數(shù)值，輸出顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明的二維表征結(jié)果中的平面坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間建立了合理的聯(lián)系，每一點(diǎn)的表征結(jié)果都有相應(yīng)的地理位置朝向。2、本發(fā)明的二維表征結(jié)果是一種線性映射關(guān)系，合理地反映了地平附近和天頂附近的大氣偏振信息變化與分布規(guī)律，線偏振度信息與偏振化方向信息的整體分布趨勢(shì)和三維模型一致；3、本發(fā)明對(duì)三維空間坐標(biāo)系與平面坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證，并建立二維表征與三維模型的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以從二維表征結(jié)果反演三維模型信息；圖1為本發(fā)明中三維球面和平面之間的映射原理圖2為本發(fā)明中與三維球面建立映射關(guān)系的平面坐標(biāo)系圖；圖3為瑞利散射模型三維空間坐標(biāo)系內(nèi)表征結(jié)果圖；圖4為根據(jù)現(xiàn)有方法得出的瑞利散射模型的平面表征結(jié)果圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明方法得出的瑞利散射模型平面表征結(jié)果圖。具體實(shí)施例方式本實(shí)施例中的大氣偏振理論模型的二維表征方法按如下過程進(jìn)行參見圖1和圖2，建立描述大氣偏振理論模型的三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系0mxmym;以地理正東為三維空間坐標(biāo)系x軸，單位矢量為『;地理正北為三維空間坐標(biāo)系y軸，單位矢量為7;過天頂?shù)拇咕€為三維空間坐標(biāo)系z(mì)軸，單位矢量為f;以地面觀測者位置為原點(diǎn)o，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz;所述三維空間坐標(biāo)系x軸、y軸和z軸上的單位矢量方向位置關(guān)系滿足式(1):]"xj-f(1)參見圖1，將所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從地面觀測者位置原點(diǎn)o出發(fā)的所有方向上的偏振信息在以原點(diǎn)o為球心，半徑為r的球面D上進(jìn)行描述，r設(shè)定為任意大于零的常數(shù)，為了便于顯示，先設(shè)定r=0.5;在所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從原點(diǎn)o出發(fā)與z軸正向夾角為9且與x軸正向夾角為P的方向，參見圖1中從原點(diǎn)o出發(fā)的射線oR，對(duì)應(yīng)于球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)，且滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>參見圖1，以所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中0m(0，0，r)為新的坐標(biāo)系原點(diǎn)cv三維空間坐標(biāo)系oxyz的z軸負(fù)向?yàn)榉ň€建立平面坐標(biāo)系OmXmym，法線方程為x=y=0;其中omxm軸與ox軸平行朝向地理正東，omym軸與oy軸平行朝向地理正北；在三維空間坐標(biāo)系oxyz中，平面坐標(biāo)系0^^所在平面的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>參見圖l，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)與平面坐標(biāo)系OmXmym所在平面中的點(diǎn)之間的映射關(guān)系；將三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)d(O，O，_r)與球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)連接起來，做空間直線L，空間直線L的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>平面坐標(biāo)系OmXmym所在平面的法線方程x=y=O和空間直線L構(gòu)成非正交關(guān)系，平面坐標(biāo)系OmXmym所在平面與空間直線L必相交于一點(diǎn)IC(Xm，ym，、)，參見圖1，通過聯(lián)立計(jì)算式(2)、式(3)與式(4)求解點(diǎn)Rm(Xm，y邁，z邁)坐標(biāo)，如式(5)所示:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>參見圖l，平面坐標(biāo)系OmXmym所在平面與空間直線L的交點(diǎn)Rm(Xm，ym，zm)在平面坐標(biāo)系OmXmym中的二維坐標(biāo)為M(Xm，ym)，根據(jù)式(2)與式(5)，點(diǎn)M(Xm，ym)與點(diǎn)R(x。，y。，z。)之間的映射關(guān)系表述為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>實(shí)際大氣偏振模式的空間分布只存在于三維空間坐標(biāo)系oxyz中z>0的部分，式(6)約束條件為z。>0;根據(jù)式(6)建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)R(x。，y。，z。)與平面坐標(biāo)系omxmym中的點(diǎn)M(xm，ym)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，點(diǎn)R(x。，y。，z。)處的偏振信息PK(x。，y。，z。)和平面坐標(biāo)系omxmym中點(diǎn)M(xm，ym)處的偏振信息PM(xm，ym)也構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為PM(Xm，ym)=PR(X。，y。，Z。)(7)參見圖2，根據(jù)所述三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系0niXniym以及所述式(7)的映射關(guān)系，一種新型大氣偏振理論模型的二維表征方法過程如下(1)對(duì)于圖2所示平面坐標(biāo)系omxmym中滿足^/《+乂S2+。2+y。2+z。2S2r條件的點(diǎn)M(Xm，yJ，根據(jù)式(2)、式(5)和式(6)求出點(diǎn)M(xm，ym)對(duì)應(yīng)的圖1所示的三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)R(x。，y。，z。)，求出圖1所示點(diǎn)R(x。，y。，z。)與三維空間坐標(biāo)系oxyz的原點(diǎn)o的連線與z軸正向夾角e、與x軸正向夾角^:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(8)(2)如圖1所示，S點(diǎn)位置為太陽實(shí)際空間位置，若在三維空間坐標(biāo)系oxyz中太陽實(shí)際空間位置與z軸正向夾角為9s與x軸正向夾角為A時(shí)，圖2中平面坐標(biāo)系0mxmym中點(diǎn)M(Xm，yj處線偏振度信息P按照式(9)計(jì)算:P=Pmaxsin2Y/(1+cos2Y)(9)其中Pmax表示天空中的最大偏振度，且cosY=sinessinecosP+cos9,cos9，cosy5=sinesin《+。03^;03<9^03(^，)；圖2中平面坐標(biāo)系0niXniym中點(diǎn)M(xm，ym)處偏振化方向信息x按照式(10)計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(3)根據(jù)步驟(1)和(2)，求解出圖2中平面坐標(biāo)系0niXniym中所有滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>條件的點(diǎn)處的線偏振度信息P與偏振化方向信息x的數(shù)值，輸出顯示；參見圖3，是太陽S的實(shí)際空間朝向參數(shù)，即在圖1所示三維空間坐標(biāo)系oxyz中太陽S與原點(diǎn)o的連線與z軸的夾角為90。與x軸夾角為90。，線偏振最大值P^二l時(shí)，基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的三維表征結(jié)果。圖3(a)所示是偏振化方向信息表征結(jié)果，圖3(b)所示是線偏振度信息表征結(jié)果，圖中的色棒對(duì)數(shù)值范圍進(jìn)行詳細(xì)的劃分，可以根據(jù)色棒來查找相應(yīng)的色度所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。參見圖3，三維空間坐標(biāo)系中的表征結(jié)果，能夠很方便地描述出大氣偏振模式的空間變化信息；參見圖4，是與圖3表征結(jié)果在相同初始條件下，現(xiàn)有的基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的二維表征結(jié)果，即三維表征結(jié)果沿垂直方向直接投影的結(jié)果。圖4(a)所示是偏振化方向信息表征結(jié)果，圖4(b)所示是線偏振度信息表征結(jié)果，圖中的色棒對(duì)數(shù)值范圍進(jìn)行詳細(xì)的劃分，可以根據(jù)色棒來查找相應(yīng)的色度所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。從圖4所示的直接投影結(jié)果與圖3三維空間坐標(biāo)系中的表征結(jié)果之間的對(duì)比中，可以看出，直接投影的結(jié)果是三維表征結(jié)果沿垂直方向上的投影，這一映射關(guān)系沒有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證，兩種表征結(jié)果之間不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，無法從二維表征結(jié)果反演三維信息；直接投影的二維表征結(jié)果丟失了地平附近信息大量三維信息，并放大了天頂附近變化趨勢(shì)在整體模型中的比例；無法正確描述線偏振度信息和偏振化方向信息的整體分布趨勢(shì)，表征結(jié)果會(huì)造成直觀認(rèn)識(shí)上的誤解；參見圖5，是與圖3表征結(jié)果在相同初始條件下，根據(jù)本發(fā)明方法得出的基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的二維表征結(jié)果，圖5(a)所示是偏振化方向信息表征結(jié)果，圖5(b)所示是線偏振度信息表征結(jié)果，圖中的色棒對(duì)數(shù)值范圍進(jìn)行詳細(xì)的劃分，可以根據(jù)色棒來查找相應(yīng)的色度所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。從圖5所示的本發(fā)明所得的二維平面內(nèi)的表征結(jié)果與圖3所示三維空間坐標(biāo)系表征結(jié)果、及圖4所示直接投影的結(jié)果之間的對(duì)比中，可以看出，本發(fā)明在對(duì)三維空間坐標(biāo)系與平面坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證的基礎(chǔ)上，建立二維表征與三維模型的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以從二維平面表征結(jié)果反演三維模型信息；本發(fā)明的二維表征結(jié)果是一種線性映射關(guān)系，合理地反映了地平附近和天頂附近的大氣偏振信息變化與分布規(guī)律；本發(fā)明的二維表征結(jié)果中的線偏振度信息與偏振化方向信息的整體分布趨勢(shì)和三維模型一致；本發(fā)明的二維表征結(jié)果中的平面坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間建立了合理的聯(lián)系，每一點(diǎn)的表征結(jié)果都有相應(yīng)的地理位置朝向。權(quán)利要求一種大氣偏振理論模型的二維表征方法，其特征是按如下過程進(jìn)行首先，建立描述大氣偏振理論模型的三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系omxmym；以地理正東為x軸，單位矢量為地理正北為y軸，單位矢量為過天頂?shù)拇咕€為z軸，單位矢量為以地面觀測者位置為原點(diǎn)o，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz；所述三維空間坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸上的單位矢量方向位置關(guān)系滿足式(1)<mrow><mover><mi>i</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>&times;</mo><mover><mi>j</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>=</mo><mover><mi>k</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>將所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從地面觀測者位置原點(diǎn)o出發(fā)的所有方向上的偏振信息在以原點(diǎn)o為球心，半徑為r的球面D上進(jìn)行描述，r設(shè)定為任意大于零的常數(shù)；在所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中，從原點(diǎn)o出發(fā)與z軸正向夾角為θ且與x軸正向夾角為的方向，對(duì)應(yīng)于球面D上的點(diǎn)R(x0，y0，z0)，滿足以所述三維空間坐標(biāo)系oxyz中點(diǎn)(0，0，r)為新的坐標(biāo)系原點(diǎn)om，三維空間坐標(biāo)系oxyz的z軸負(fù)向?yàn)榉ň€建立平面坐標(biāo)系omxmym，法線方程為x＝y(tǒng)＝0；其中omxm軸與ox軸平行朝向地理正東，omym軸與oy軸平行朝向地理正北；在三維空間坐標(biāo)系oxyz中，平面坐標(biāo)系omxmym所在平面的方程為z＝r(3)其次，建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)與平面坐標(biāo)系omxmym所在平面中的點(diǎn)之間的映射關(guān)系；將三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)(0，0，-r)與球面D上的點(diǎn)R(x0，y0，z0)連接起來，做空間直線L，空間直線L的方程為<mrow><mfrac><mi>x</mi><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>y</mi><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>z</mi><mo>+</mo><mi>r</mi></mrow><mrow><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mi>r</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>平面坐標(biāo)系omxmym所在平面的法線方程x＝y(tǒng)＝0和空間直線L構(gòu)成非正交關(guān)系，平面坐標(biāo)系omxmym所在平面與空間直線L必相交于一點(diǎn)Rm(xm，ym，zm)，通過聯(lián)立計(jì)算式(2)、式(3)與式(4)求解點(diǎn)Rm(xm，ym，zm)坐標(biāo)，如式(5)所示<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mi>r</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>平面坐標(biāo)系omxmym所在平面與空間直線L的交點(diǎn)Rm(xm，ym，zm)在平面坐標(biāo)系omxmym中的二維坐標(biāo)為M(xm，ym)，根據(jù)式(2)與式(5)，點(diǎn)M(xm，ym)與點(diǎn)R(x0，y0，z0)之間的映射關(guān)系表述為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>實(shí)際大氣偏振模式的空間分布只存在于三維空間坐標(biāo)系oxyz中z≥0的部分，式(6)的約束條件為z0≥0；根據(jù)式(6)建立三維空間坐標(biāo)系oxyz中球面D上的點(diǎn)R(x0，y0，z0)與平面坐標(biāo)系omxmym中的點(diǎn)M(xm，ym)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，點(diǎn)R(x0，y0，z0)處的大氣偏振信息PR(x0，y0，z0)和平面坐標(biāo)系omxmym中點(diǎn)M(xm，ym)處的大氣偏振信息PM(xm，ym)也構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為PM(xm，ym)＝PR(x0，y0，z0)(7)最后，根據(jù)所述三維空間坐標(biāo)系oxyz與平面坐標(biāo)系omxmym以及所述式(7)的映射關(guān)系，大氣偏振理論模型的二維表征方法過程如下(1)對(duì)于平面坐標(biāo)系omxmym中滿足<mrow><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>&le;</mo><mn>2</mn><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>&le;</mo><mn>2</mn><mi>r</mi></mrow>條件的點(diǎn)M(xm，ym)，根據(jù)式(2)、式(5)和式(6)求出點(diǎn)M(xm，ym)對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo)系oxyz中的點(diǎn)R(x0，y0，z0)，求出點(diǎn)R(x0，y0，z0)與三維空間坐標(biāo)系oxyz的原點(diǎn)o的連線與z軸正向夾角θ、與x軸正向夾角(2)當(dāng)太陽實(shí)際空間朝向參數(shù)，即在三維空間坐標(biāo)系oxyz中與z軸正向夾角為θs與x軸正向夾角為時(shí)，平面坐標(biāo)系omxmym中點(diǎn)M(xm，ym)處線偏振度信息P按照式(9)計(jì)算P＝Pmaxsin2γ/(1+cos2γ)(9)其中Pmax表示天空中的最大偏振度，且cosγ＝sinθssinθcosβ+cosθscosθ，平面坐標(biāo)系omxmym中點(diǎn)M(xm，ym)處偏振化方向信息χ按照式(10)計(jì)算(3)根據(jù)步驟(1)和(2)，求解出平面坐標(biāo)系omxmym中所有滿足<mrow><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mi>m</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>&le;</mo><mn>2</mn><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>&le;</mo><mn>2</mn><mi>r</mi></mrow>條件的點(diǎn)處的線偏振度信息P與偏振化方向信息χ的數(shù)值，輸出顯示。F2009101859558C00011.tif,F2009101859558C00012.tif,F2009101859558C00013.tif,F2009101859558C00015.tif,F2009101859558C00016.tif,F2009101859558C00024.tif,F2009101859558C00025.tif,F2009101859558C00026.tif,F2009101859558C00031.tif,F2009101859558C00032.tif全文摘要本發(fā)明涉及一種大氣偏振理論模型的二維表征方法，其特征是在建立和實(shí)際地理位置相關(guān)聯(lián)的描述大氣偏振理論模型的三維空間坐標(biāo)系基礎(chǔ)上，將大氣偏振信息在所述三維空間坐標(biāo)系中，以原點(diǎn)為球心半徑為r的球面D上進(jìn)行描述；而后在三維空間坐標(biāo)系中建立描述大氣偏振理論模型的平面坐標(biāo)系，建立所述三維空間坐標(biāo)系中球面D上的點(diǎn)與平面坐標(biāo)系中的點(diǎn)之間的映射關(guān)系，以及映射點(diǎn)之間的大氣偏振信息的映射關(guān)系；根據(jù)所述三維空間坐標(biāo)系與平面坐標(biāo)系及建立的映射關(guān)系，給出大氣偏振理論模型的二維表征方法流程。本發(fā)明方法可以滿足對(duì)于基于瑞利散射的大氣偏振理論模型的二維表征時(shí)對(duì)準(zhǔn)確性與可靠性的要求問題。文檔編號(hào)G01J4/00GK101739504SQ20091018595公開日2010年6月16日申請(qǐng)日期2009年12月16日優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日發(fā)明者何均均,吳良海,田柳,范之國,高雋申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)