[發(fā)明專利]一種基于水下偏振分布模式的太陽(yáng)矢量解算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911252040.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111220150B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭雷;胡鵬偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/02
• 分類號(hào): G01C21/02;G01C1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;楊學(xué)明

1.一種基于水下偏振分布模式的太陽(yáng)矢量解算方法，其特征在于，步驟如下：

步驟(1)、首先通過(guò)水平放置的偏振傳感器獲取水下天球坐標(biāo)系下任意n個(gè)觀測(cè)方向上的水下偏振E-矢量其中k＝1,2,...,n；n≥2；

步驟(2)、結(jié)合步驟(1)的水下觀測(cè)方向基于折射定律反演出此水下觀測(cè)方向上的光線的入射角i_k；

步驟(3)、結(jié)合費(fèi)涅爾折射公式，由步驟(1)獲取到的水下觀測(cè)的偏振E-矢量及步驟(2)計(jì)算得到的光線入射角i_k，反演其對(duì)應(yīng)的大氣偏振E-矢量

所述步驟(3)中的結(jié)合費(fèi)涅爾折射公式，由步驟(1)獲取到的水下觀測(cè)的偏振E-矢量及步驟(2)計(jì)算得到的光線入射角i_k，反演其對(duì)應(yīng)的大氣偏振E-矢量

設(shè)某一水下偏振E-矢量與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，即水下偏振方位角為χ^water；該水下偏振E-矢量是由大氣中某一偏振光經(jīng)折射后形成的，設(shè)大氣偏振E-矢量的偏振方位角為χ^air；則有下面關(guān)系：

其中，σ_⊥,σ_||分別表示E-矢量垂直于和平行于入射面一對(duì)正交分量的折射率，由費(fèi)涅爾折射公式得：

故得：

則該E-矢量在東北天坐標(biāo)系下表示為：

e^air＝v cosχ^air+u sinχ^air

其中，v,u分別表示過(guò)觀測(cè)點(diǎn)經(jīng)線方向與緯線方向的切向單位矢量，即：

所以任一水下觀測(cè)方向上光線對(duì)應(yīng)的偏振E-矢量為：

步驟(4)、根據(jù)大氣偏振E-矢量與太陽(yáng)矢量垂直關(guān)系，利用多個(gè)大氣偏振E-矢量解算得到太陽(yáng)矢量s。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水下偏振分布模式的太陽(yáng)矢量解算方法，其特征在于：

所述步驟(1)的水下觀測(cè)方向具體要求如下：

對(duì)于任一觀測(cè)方向從天頂方向到觀測(cè)方向的夾角，即天頂角為ζ_k；由斯涅耳窗口視角θ，確定天頂角在東北天坐標(biāo)系下，表示為：

其中，為觀測(cè)方向?qū)?yīng)的方位角，定義北向?yàn)榉轿唤橇阄唬逼珫|為正。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水下偏振分布模式的太陽(yáng)矢量解算方法，其特征在于：

所述步驟(2)基于光線折射定律反演出此水下觀測(cè)方向上的光線的入射角i_k，具體實(shí)現(xiàn)如下：

水下觀測(cè)方向上的折射光線的折射角r_k，由光線折射定律得到水上入射光的入射角i_k為：

其中，n_air,n_water分別為空氣與水的折射率；水下觀測(cè)方向上的折射光線的折射角r_k與觀測(cè)方向的天頂角ζ_k相等，同時(shí)水面折射不會(huì)改變光線傳播的方位角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水下偏振分布模式的太陽(yáng)矢量解算方法，其特征在于：

所述步驟(4)中的利用大氣偏振E-矢量與太陽(yáng)矢量垂直關(guān)系，利用n個(gè)大氣偏振E-矢量解算得到太陽(yáng)矢量s，具體方法如下：

太陽(yáng)矢量能夠由n個(gè)大氣偏振E-矢量中任意選取兩個(gè)求得：

即其中，表示在n個(gè)反演得到的E-矢量中任意兩個(gè)不同的量；其中k＝1,2,3,...,n；為充分利用獲取的n個(gè)偏振E-矢量，令：

其中，m∈{1,2,3,...,n-1}那么：

E₁×E₂＝(λ_1m+1+λ_1m+2+…+λ_mn)s'

故：

上式中，s'為存在歧義性的太陽(yáng)矢量，由于在東北天坐標(biāo)系中太陽(yáng)矢量的z方向?yàn)檎室胩祉斒噶縵＝[0 0 1]^T，并通過(guò)下式消除歧義性，即得東北天坐標(biāo)系下的太陽(yáng)矢量為：

s＝sign[s'·z]s'

其中，sign[a·b]表示向量a與b內(nèi)積的符號(hào)。