分振幅偏振成像系统定标研究.doc

分振幅偏振成像系统定标研究偏振是光作为电磁横波的重要特征,它携带了丰富的信息。相比于传统的遥感成像探测,偏振成像探测具有凸显目标、辨别真伪、分类识别、反演目标表面的理化及纹理性质等特点,尤其是在云与气溶胶探测方面,可以得到气溶胶类型、光学厚度、粒子分布等关键参数,具有重要的应用价值。目前,根据偏振探测方案的不同,偏振成像系统可分为分时偏振成像、分振幅偏振成像、分孔径偏振成像、分焦平面偏振成像、调制型偏振成像等类型。其中分振幅偏振成像系统是一种常用的同时偏振成像方案,它采用单镜头成像、分束器分光、多通道检偏的方式工作。由于成像光学系统存在着一定的偏振效应,它会改变光束的偏振状态,对偏振探测的精度产生一定的影响;同时,由于偏振信息是通过各通道接收光强的差异得到,各通道间系统透过率的差异、检偏器偏振参数的不同、探测器响应的非一致性,均会对各通道接收光强产生影响。因此,分振幅偏振成像系统必须要经过定标,校正以上系统误差,才能够保证偏振探测的精度,为偏振探测数据的准确应用奠定基础。本文针对分振幅偏振成像系统中偏振及辐射定标的需求,主要开展了以下研究工作:为了描述光学系统对偏振传输的影响,提出了三维全局相干矩阵,建立了部分偏振光在光学系统中的三维偏振辐射传输模型,为系统的定标提供了理论基础。针对本分振幅偏振成像光学系统,采用本三维偏振光线追迹算法,计算了系统偏振效应对偏振传输的影响。为了描述光学系统的偏振特性,采用三维偏振矩阵特征分解的方法,得到了光学系统基本的偏振参数——二向衰减与位相延迟,并采用三维偏振光线追迹算法,分析了分振幅偏振成像系统的二向衰减与位相延迟分布情况;对非理想线偏振片的偏振矩阵进行了描述,分析了其消光比参数的影响。为得到偏振成像系统的各偏振参数,提出了相应的参数标定方案,建立了标定的物理模型,并对本系统进行了相关的实验标定。为了实现分振幅偏振成像系统的辐射定标,基于三维偏振辐射传输模型,建立了各通道的辐射定标模型,并进行了实验验证。结果表明,本定标方案可得到系统各通道的辐射参数,校正各通道间辐射响应的差异,实现偏振探测系统的辐射定标。为了实现分振幅偏振成像系统的偏振度定标,基于分振幅偏振探测的基本原理,建立了系统的偏振度定标模型,并进行了实验验证。结果表明,本定标方案可校正由偏振误差参数导致的测量误差,提高偏振测量精度。对在轨定标方案进行了分析,建立了海面耀光的在轨定标模型,并提出了星载检偏器定标法,为后续系统的在轨定标方案提供了基础。