本文關鍵詞：應用于仿生導航的天空散射光的偏振特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 近年來,天空散射光的偏振特性已經成為了許多理論和實踐研究的課題。晴朗天空中的散射光具有特定的偏振特性分布。生物學家的研究表明,沙蟻Cataglyphis和蜜蜂等小動物能夠借助天空散射光的偏振分布模式進行導航定位,它們的視覺神經系統(tǒng)對天空中散射光的偏振方向極其敏感。因此對天空散射光的偏振特性及其分布規(guī)律進行測量與分析的工作具有重要意義。 本文從大氣光學的Rayleigh散射理論入手,首先論述了天空散射光的物理學基礎和產生機理。然后介紹了描述光束偏振特性的幾種典型方法——電矢分量法、瓊斯矢量方法、Stokes矢量表示法、邦加球偏振畫圖法,以及它們之間的關系。接著本文提出了基于Mueller矩陣和Stokes矢量的天空散射光偏振測量方案,搭建了天空散射光偏振特性測量系統(tǒng)的硬件結構。利用C++語言和OpenGL軟件開發(fā)包在VC環(huán)境下進行了編程工作,完成了天空散射光偏振數(shù)據(jù)分析軟件的設計。該軟件能夠實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的提取、分類、處理和保存,此外,還能夠顯示所測天空散射光的光強輻射度、偏振度、偏振方位角、Stokes分量值、測量時間、光譜波長、氣象條件等數(shù)據(jù),并以圖形方式顯示天空散射光的全天空偏振分布規(guī)律。 在對該測量系統(tǒng)進行標定后,我們得到了系統(tǒng)的性能指標。此后利用該測量系統(tǒng)及分析軟件,我們對天空散射光的偏振特性進行了大量的測試。分別從天頂點、太陽子午面、以及全天空區(qū)域進行了測量,得到了400nm-750nm波段的偏振特性及分布規(guī)律。同時,測量結果也表明該測量系統(tǒng)能夠有效地獲得天空散射光的輻射度、偏振參數(shù)及光譜曲線。 通過對測量實驗所得數(shù)據(jù)的詳盡分析,驗證了Rayleigh散射理論中關于散射光偏振特性與太陽高度角、散射角以及波長之間的關系,也初步得出天空散射光的偏振分布與理論分布存在的差異。通過上述分析進而討論了天空散射光的偏振特性(輻射度、偏振度、偏振方位角等)應用于仿生導航的限制條件和可行性。
【關鍵詞】：仿生導航 Rayleigh散射 Stokes矢量 偏振度 偏振方位角
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：V249.32
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 選題依據(jù)及意義9-12
• 1.2 天空散射光偏振特性研究的國內外現(xiàn)狀12-16
• 1.3 論文主要工作16-17
• 2 天空散射光偏振特性的基本理論17-31
• 2.1 天空散射光的物理意義17-20
• 2.1.1 Rayleigh散射和 Mie散射17-19
• 2.1.2 單次散射和多次散射19
• 2.1.3 天空散射光的偏振19-20
• 2.2 天空散射光偏振的物理特性20-22
• 2.3 天空散射光偏振特性的數(shù)學描述22-29
• 2.3.1 電矢量法23-25
• 2.3.2 瓊斯矢量法25-26
• 2.3.3 邦加球表示法26
• 2.3.4 Stokes矢量法26-29
• 2.4 偏振特性的測量方法29-31
• 3 天空散射光偏振特性測量系統(tǒng)的設計31-48
• 3.1 測量原理31-35
• 3.1.1 測量模型及原理31-33
• 3.1.2 偏振測量的幾何坐標系33-35
• 3.2 測量系統(tǒng)硬件結構設計35-39
• 3.3 測量數(shù)據(jù)分析軟件的設計39-43
• 3.3.1 軟件設計方案39-40
• 3.3.2 軟件的功能及界面40-43
• 3.4 測量系統(tǒng)的標定及性能參數(shù)43-48
• 4 天空散射光偏振特性的測量48-64
• 4.1 天頂點處散射光偏振特性測量49-51
• 4.2 太陽子午面上散射光偏振特性的測量51-59
• 4.2.1 偏振特性與太陽位置的關系51-54
• 4.2.2 偏振特性與散射角的關系54-57
• 4.2.3 偏振特性與光譜波長的關系57-59
• 4.3 全天空散射光偏振分布的測量與分析59-61
• 4.4 偏振特性影響仿生導航的綜合因素分析61-64
• 結論與展望64-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況68-69
• 致謝69-70

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本文編號：253684