[發(fā)明專利]2π空間偏振觀測儀器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611244424.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106840405B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晏磊;楊彬;趙紅穎;王洪;柯子博;趙守江;吳水平;李延飛;王雪琪;賀麗琴
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 司立彬

本發(fā)明公開了一套2π空間偏振觀測儀器，其包括：1)基于2π空間天球劃分的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；2)上半球空間多角度觀測的方位及俯仰一體化轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)；3)變時(shí)相多弧度角面元光學(xué)偏振成像序列系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制電控箱工作，電控箱連接安裝基面、雙軸轉(zhuǎn)臺、變時(shí)相多弧度角面元光學(xué)偏振成像序列系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄儀以及數(shù)據(jù)采集終端。該系統(tǒng)可以獲得任意時(shí)刻的天空偏振分布模式，為尋找大氣中性點(diǎn)區(qū)域、全天空偏振場量表征和仿生偏振導(dǎo)航的天空偏振矢量線提供數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一套2π空間全天空偏振觀測儀器，實(shí)現(xiàn)上半球空間的多角度測量，獲得任意時(shí)刻的天空偏振分布模式，為尋找大氣中性點(diǎn)區(qū)域、全天空偏振場量表征和仿生偏振導(dǎo)航的天空偏振矢量線提供數(shù)據(jù)支撐。

背景技術(shù)

偏振與光強(qiáng)、頻率、相位是電磁波四大主要屬性，但偏振性并未得到足夠的重視和充分的利用。事實(shí)上，自然界中到處布滿了各種各樣的天然起偏器，例如，植被、建筑物、云、霧等。目前，越來越多的研究者注意到偏振特性的重要性，偏振儀器逐漸快速發(fā)展起來，和各類遙感儀器一樣，儀器誤差和大氣效應(yīng)、復(fù)雜地表要素交織，觀測真值難以通過常規(guī)儀器的室內(nèi)定標(biāo)方法獲得，由此成為遙感儀器定量化應(yīng)用瓶頸和對地觀測領(lǐng)域亟待破解的科學(xué)難題。在對偏振遙感進(jìn)行研究的過程中我們發(fā)現(xiàn)：大氣效應(yīng)對偏振觀測的影響巨大，導(dǎo)致星載遙感器無法接收到地表目標(biāo)的偏振信息，因此消除大氣影響是基礎(chǔ)。對于大氣偏振特性的研究主要集中于天空偏振模式圖、大氣中性區(qū)和仿生偏振導(dǎo)航。天空偏振模式圖是遙感觀測天空效應(yīng)的一個(gè)重要特征，描述了偏振信號在全天空的分布。由于不同區(qū)域、不同觀測角度對應(yīng)不同的天空偏振模式，因此，構(gòu)建天空偏振模式圖，測定大氣中性區(qū)區(qū)域，是消除大氣效應(yīng)和仿生偏振導(dǎo)航的前提條件。

國內(nèi)，北京大學(xué)晏磊、吳太夏、關(guān)桂霞等通過多角度偏振遙感理論與實(shí)驗(yàn)研究證明了大氣和天空光的偏振特性。通過全天空偏振測量方法分析了天空偏振光分布情況，初步判定天空偏振度分布圍繞幾個(gè)偏振中性區(qū)呈環(huán)狀分布。偏振中性區(qū)及非中性區(qū)區(qū)域的存在，不僅可以為對地遙感提供新的窗口并擴(kuò)展遙感應(yīng)用，還可以為偏振遙感器的定標(biāo)工作和仿生偏振導(dǎo)航提供更多的驗(yàn)證手段。

國外，在大氣中性區(qū)研究方面，19世紀(jì)初相繼觀測到天空中三個(gè)著名的中性區(qū)：Arago中性區(qū)(1809)、Babinet中性區(qū)(1840)、Brewster中性區(qū)(1842)。近幾十年來，求解向量輻射傳輸方程的各種數(shù)值解法日趨成熟，并逐步應(yīng)用到對地氣系統(tǒng)中天光、反射光偏振特性的研究上來，從而對輻射偏振特性有了定性到半定量的認(rèn)識。Coulson對Hawaii地區(qū)天光偏振度進(jìn)行了分子大氣下天光偏振的模擬分析；并于1988年比較全面地總結(jié)了人們對天光特性的研究成果。Chahl和Mizutani于2012年依據(jù)天空偏振模式圖制作偏振羅盤用于仿生偏振導(dǎo)航；2013年NASA在ACE衛(wèi)星任務(wù)實(shí)驗(yàn)中，通過偏振儀獲取大氣偏振信息，從而完成PODEX偏振儀定標(biāo)實(shí)驗(yàn),推動了現(xiàn)有的偏振儀器的發(fā)展。

偏振探測技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，偏振手段能夠?yàn)閷ふ掖髿庵行渣c(diǎn)區(qū)域、全天空偏振場量表征和仿生偏振導(dǎo)航的天空偏振矢量線提供數(shù)據(jù)支撐，并且可用于研究大氣衰減效應(yīng)和仿生偏振導(dǎo)航。但這方面的儀器研究還未成熟，國內(nèi)對于天空偏振觀測儀器幾乎屬于空白。因此，構(gòu)建一套2π空間全天空偏振觀測儀器具有重大的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是構(gòu)建一套2π空間全天空偏振觀測儀器，該系統(tǒng)可以，實(shí)現(xiàn)上半球空間的多角度測量，獲得任意時(shí)刻的天空偏振分布模式，為尋找大氣中性點(diǎn)區(qū)域、全天空偏振場量表征和仿生偏振導(dǎo)航的天空偏振矢量線提供數(shù)據(jù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一套2π空間全天空偏振觀測儀器，主要包括：1)基于2π空間天球劃分的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；2)上半球空間多角度觀測的方位及俯仰一體化轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)；3)變時(shí)相多弧度角面元光學(xué)偏振成像序列系統(tǒng)。