检索结果-内蒙古大学图书馆

工程热物理学报 2023年第1期44卷 125-130页

作者：朱克勇王新新黄勇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

附着水滴光学窗口模型的辐射传输特性研究可应用于提高温室及光生物反应器等设备的能量利用率,而利用光线传输过程中的偏振维度信息获取偏振成像图片,可有效提高成像质量,对实现目标的高质量探测具有重要意义。本文对附着水滴光学窗口... 详细信息

附着水滴光学窗口模型的辐射传输特性研究可应用于提高温室及光生物反应器等设备的能量利用率,而利用光线传输过程中的偏振维度信息获取偏振成像图片,可有效提高成像质量,对实现目标的高质量探测具有重要意义。本文对附着水滴光学窗口模型的矢量辐射传输展开研究:建立水滴随机分布的附着水滴光学窗口模型,然后采用蒙特卡洛法对光线进行追踪,通过统计出射面内的Stokes矢量,讨论了水滴折射率与水滴接触角对光线矢量辐射传输特性的影响。

关键词：矢量辐射传输附着水滴光学窗口蒙特卡洛光线追踪法

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基于矢量辐射传输的冰云大气偏振特性研究

基于矢量辐射传输的冰云大气偏振特性研究

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作者：李得先大连理工大学

学位级别：硕士

太阳光是一种自然光,其在大气传输过程中受到气体分子、气溶胶粒子、云层和地表等作用而发生散射,使整个天空的太阳光都具有一定的偏振特性。研究发现,冰云物理性质的分布特征在空间和时间上都是复杂多变的,其离散随机的性质不可避免的... 详细信息

太阳光是一种自然光,其在大气传输过程中受到气体分子、气溶胶粒子、云层和地表等作用而发生散射,使整个天空的太阳光都具有一定的偏振特性。研究发现,冰云物理性质的分布特征在空间和时间上都是复杂多变的,其离散随机的性质不可避免的对天空偏振特性产生了影响。为探究冰云大气对天空光偏振特性的影响,本文基于大气辐射传输原理,搭建了矢量辐射传输模型,仿真分析了冰云大气不同物理性质对天空偏振特性的影响,测试分析了实际环境中冰云大气的天空光偏振特性。本文的主要研究内容如下: 首先,从冰云大气的辐射传输特性出发,介绍了冰云的宏观物理性质和微观物理性质,参数化了冰晶粒子模型的微物理性质,基于Mie理论和累积迭代矩阵法分析了冰晶粒子的多次散射过程,建立了基于各向异性的辐射传输方程,以天空光偏振模式表征了天空偏振特性,阐述了基于Stokes矢量的天空偏振特性测量原理。其次,建立了基于矢量辐射传输的天空偏振分布模型,仿真分析了不同冰云物理性质对天空偏振模式的影响。结果表明:不同宏观物理性质对偏振模式的影响不同,偏振度随云顶高度的增加而减小,随云底高度的增加而增大。不同冰晶粒子对偏振度影响不同,对偏振方位角几乎没有影响,不同冰晶粒子随观测高度角的增加,偏振度先增大后减小,偏振方位角在太阳位置处为0°,其余分布基本稳定。偏振度随有效半径的增加而增大,随光学厚度和冰水含量的增加而减小,并且当光学厚度增加到一定程度后,偏振度趋于一个稳定的的状态。最后,搭建了成像式测试系统,反演了基于风云4A卫星气象资料的实际冰云参数,实地测试了大连理工大学地区实际大气环境中的天空偏振模式。结果表明:在不同日期同一时刻下,偏振度始终沿太阳子午线先增大后减小,在太阳位置处偏振度最小,在与太阳角距为90°处偏振度最大。偏振度随云顶高度的增加而减小,随云底高度的增加而增大,随有效半径的增加而增大,随光学厚度和冰水含量的增加而减小。这与仿真结果基本一致,验证了理论模型的可靠性。

关键词：冰云大气天空偏振特性矢量辐射传输蒙特卡罗法

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基于大气矢量辐射传输的近红外遥感用雅克比矩阵计算

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中国科学：地球科学 2020年第9期50卷 1289-1301页

作者：白文广张鹏张文建李俊马刚漆成莉刘辉国家卫星气象中心北京100081

考虑到地表反射和大气粒子散射的偏振影响,基于近红外卫星观测的高精度大气参数反演需要精确的大气矢量辐射传输模拟.而国内面向遥感用途的辐射传输计算研究较少,反演算法多依赖于国外模型.文章基于物理累加原理,构建了基于近似无限小... 详细信息

考虑到地表反射和大气粒子散射的偏振影响,基于近红外卫星观测的高精度大气参数反演需要精确的大气矢量辐射传输模拟.而国内面向遥感用途的辐射传输计算研究较少,反演算法多依赖于国外模型.文章基于物理累加原理,构建了基于近似无限小薄层大气透射、反射以及太阳散射累加计算的近红外波段矢量辐射传输计算模型.该模型在单层分子瑞利散射、单层气溶胶散射、多层瑞利散射以及真实大气多层分子吸收、瑞利散射以及气溶胶散射共存典型场景下与国际矢量模型基准值有非常好的一致性,计算精度可以达到千分之几量级.为满足实际遥感应用需求,进一步基于该模型累加计算过程,发展了基于微分法的主要大气、地表参数雅克比矩阵解析计算方法,并与精确的扰动计算结果进行了对比验证.结果显示:该解析法计算得到的二氧化碳浓度雅克比矩阵精度可以达到千分之几量级,气溶胶光学厚度雅克比矩阵计算精度优于1.0×10−3%.该方法地表反照率雅克比矩阵计算简单,计算精度优于2.03×10−4%,满足实际观测数据反演精度需求.文章构建的自主辐射传输计算模型,有望用于国内外近红外高光谱温室气体仪器数据模拟和反演.

关键词：气溶胶散射矢量辐射传输雅克比矩阵计算

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基于矢量辐射传输的海雾偏振特性研究

基于矢量辐射传输的海雾偏振特性研究

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作者：赫立群长春理工大学

学位级别：硕士

偏振是除了振幅、频率及相位信息外,表征光的另一基本物理特性,也可作为信息传递的基本载体。海雾是一种常见的恶劣天气现象,探究偏振光在海雾环境中的偏振传输特性,对军事探测、光通信、遥感以及大气环境监测等领域的应用具有重大意义... 详细信息

偏振是除了振幅、频率及相位信息外,表征光的另一基本物理特性,也可作为信息传递的基本载体。海雾是一种常见的恶劣天气现象,探究偏振光在海雾环境中的偏振传输特性,对军事探测、光通信、遥感以及大气环境监测等领域的应用具有重大意义。目前国内对于该方向的研究较少,且大都只限于模拟仿真。因此,本文针对海雾环境下的矢量辐射传输问题,通过蒙特卡洛模拟仿真以及开展室内海雾偏振传输实验,探究了偏振光在不同参数影响下的偏振特性,主要研究内容如下:本文对偏振光在海雾中的矢量辐射传输过程进行了模拟仿真。改进了传统的只能用平均半径值代替实际半径值的蒙特卡洛方法,结合海雾的物理特性,提出用“舍选抽样”的方法对粒子半径进行抽样。该方法使得所有光子在散射过程中都随机碰撞介质中的一个粒子,更符合光在海雾中传输的真实情况。基于改进的蒙特卡洛方法对海雾偏振传输过程进行了模拟仿真,考虑光子与海雾粒子间的多次散射,对所有光子的散射过程进行跟踪并统计。利用Mie散射理论来计算单个粒子的散射特性,选用Stokes矢量来表征光子的偏振态,选取偏振度(DOP)来描述散射光的偏振特性,探究了激光波长、激光偏振态、海雾浓度、海雾相对湿度等参数对偏振特性的影响。本文进行了海雾环境下偏振特性实验的设计及测试。设计并搭建了室内海雾环境模拟系统,采用超声波雾化的方法制备海雾粒子,同时提出用光学厚度来表征不易监测的粒子浓度,计算了不同充雾时间下的光透过率以及光学厚度值。基于理论分析和模拟仿真中海雾浓度、相对湿度等环境因素对光的偏振传输特性的影响,开展了三种波长、六种偏振态的入射光在八种光学厚度、五种相对湿度海雾环境下的偏振传输实验。将仿真与实测数据进行对比分析,符合度均优于80%,进一步验证了仿真和实验结果的一致性。结果表明:随着海雾浓度、相对湿度的增加,不同波长、不同状态的偏振光都发生了退偏现象。同一条件下,相对于线偏振光,圆偏振光的保偏能力更强。在可见光波段,波长越长,偏振特性相对保持的越好,穿透能力越强。

关键词：偏振传输特性矢量辐射传输海雾环境蒙特卡洛方法偏振度

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基于矢量辐射传输的天空偏振特性研究

基于矢量辐射传输的天空偏振特性研究

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作者：张西光大连理工大学

学位级别：硕士

太阳光是自然光,光是一种电磁波,电磁波在传输过程中经过大气分子、气溶胶粒子、云等的散射吸收以及下垫面的吸收反射,产生了偏振特性。偏振特性是光的重要特性之一,天空偏振特性的研究在偏振导航、大气遥感探测等许多领域有着极大的作... 详细信息

太阳光是自然光,光是一种电磁波,电磁波在传输过程中经过大气分子、气溶胶粒子、云等的散射吸收以及下垫面的吸收反射,产生了偏振特性。偏振特性是光的重要特性之一,天空偏振特性的研究在偏振导航、大气遥感探测等许多领域有着极大的作用,是国内外研究的热门课题。为了研究多种因素对天空偏振特性的影响,分析实际大气状况下的天空偏振特性,本文基于矢量辐射传输进行了天空偏振建模,模拟分析了多种因素对天空偏振特性的影响,并测试分析了实际大气条件下的天空偏振特性,为天空偏振特性的实际应用提供了理论支持和实验数据。首先,本文从大气辐射传输理论出发,阐述了大气介质对辐射传输的散射理论,分析了天空偏振特性的产生原因,着重描述了大气矢量辐射传输方程。利用蒙特卡罗原理通过数值模拟解算方程,同时结合大气模式、气溶胶模型、云参数等,介绍了以矢量辐射传输方程为理论基础的天空偏振建模方法。其次,本文利用基于矢量辐射传输方程的天空偏振模型,仿真分析了大气模式、地表反照率、气溶胶模型、水云等对天空偏振特性的影响。结果表明,大气模式对偏振特性没有影响;地表反照率的变化对偏振方位角无影响,偏振度随着地表反照率的增强而下降;偏振度随着不同气溶胶模型所含组分浓度的升高而不断减小,随着气溶胶光学厚度的增大而不断下降,但是气溶胶对偏振方位角基本没有影响;水云很大程度的影响偏振特性的分布,水云会破坏偏振方位角的分布,也会衰减偏振度的数值,随着水云光学厚度的增大,偏振度快速下降。最后,本文利用图像式天空偏振特性测试系统,进行了若干次测试实验,通过数据处理分析研究了气溶胶、云等对天空偏振特性的影响规律。研究结果表明:偏振度以太阳为中心呈环状分布,沿太阳子午线先增大后减小;偏振方位角分布稳定,在太阳子午线上为±90度,这和仿真结果一致。偏振度随PM10和PM2.5的浓度增大而减小,云层也会减弱偏振度并破坏其环状分布。偏振方位角基本不受气溶胶和少量云的影响,但太阳附近的偏振方位角由于过曝光的原因会引起数值界限不清晰。

关键词：大气辐射天空偏振特性矢量辐射传输蒙特卡罗法

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间断有限元法求解一维矢量辐射传输

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工程热物理学报 2017年第4期38卷 833-840页

作者：王存海易红亮谈和平哈尔滨工业大学能源与科学工程学院

采用间断有限元法(Discontinuous finite element method,DFEM)求解一维散射性介质内矢量辐射传输问题。推导了散射性介质内矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,空间离散采用间断有限元离散将求解域划分为相互独立的单元,角度离散在... 详细信息

采用间断有限元法(Discontinuous finite element method,DFEM)求解一维散射性介质内矢量辐射传输问题。推导了散射性介质内矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,空间离散采用间断有限元离散将求解域划分为相互独立的单元,角度离散在传统的均匀分段光滑近似(Piecewise Constant Approximation,PCA)角度离散基础上进行局部加密以得到关键方向上的数值解。采用两个稳态矢量辐射传输算例对间断有限元法求解矢量辐射传输方程的正确性和计算效率进行了验证,在此基础上拓展间断有限元法应用于求解散射性介质内瞬态矢量辐射传输方程,将随着时间推移过程中的瞬态辐射信息和最终的稳态结果相比较验证了本文方法的正确性。

关键词：间断有限元矢量辐射传输瞬态辐射传输离散格式

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一个简单的非水平均匀的大气临边矢量辐射传输模式

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遥感技术与应用 2014年第5期29卷 735-743页

作者：郜婧婧段民征孙淑珍华北电力大学数理学院北京102206 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029

临边或掩星探测是通过对大气的切片式观测方式所建立的反演方法,可以获取大气要素垂直分层的精细分布,是卫星遥感的一种重要方式和方向。目前已有的临边大气辐射传输模式大部分是基于水平均匀分布的一维模式,且以不包含大气偏振模拟的... 详细信息

临边或掩星探测是通过对大气的切片式观测方式所建立的反演方法,可以获取大气要素垂直分层的精细分布,是卫星遥感的一种重要方式和方向。目前已有的临边大气辐射传输模式大部分是基于水平均匀分布的一维模式,且以不包含大气偏振模拟的模式为主,而偏振是未来大气遥感的重要手段,特别是在紫外波段的临边探测。为满足我国下一代临边探测的需求,编写了一个基于逐次散射法的临边矢量辐射传输模式,该模式可实现对临边辐射的4个Stokes参数的模拟,并考虑了大气水平非均匀分布的影响。在环境参数完全相同条件下,将标量计算方式下辐射强度的模拟结果与郭霞等的LGLTRAN模式的模拟结果进行比较,结果验证了模式的合理性。在此基础上对不同大气分层条件下的临边Stokes矢量进行了模拟和简单的分析。

关键词：临边非水平均匀矢量辐射传输

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云偏振遥感综述

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遥感学报 2022年第5期26卷 852-872页

作者：王宇瑶麻金继李婧晗洪津李正强安徽师范大学地理与旅游学院芜湖241003 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心芜湖241003

云是指停留在大气层中的水滴或冰晶胶体的集合体,也是地球上庞大水循环产生的有形结果,在全球气候中扮演着重要的角色。偏振遥感对光的辐射强度、方向、相位以及偏振状态等波谱特性进行描述,丰富了观测信息量,提升了观测信息的维度。为... 详细信息

云是指停留在大气层中的水滴或冰晶胶体的集合体,也是地球上庞大水循环产生的有形结果,在全球气候中扮演着重要的角色。偏振遥感对光的辐射强度、方向、相位以及偏振状态等波谱特性进行描述,丰富了观测信息量,提升了观测信息的维度。为了更好地了解偏振遥感云的优势,本文对国际上发射的POLDER、APS、DPC等标志性的偏振传感器的特征和云反演算法进展进行了总结,涉及到相关偏振载荷参数信息、云参量算法的介绍和产品等相关内容,并就经典偏振云参量算法做了详细的总结和评价。随着国际上后续偏振传感器快速增加,对未来偏振传感器的发展方向和相关算法进行了展望。

关键词：大气遥感偏振 POLDER APS DPC 云矢量辐射传输反演方法

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激光在海雾环境中偏振传输特性仿真研究

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激光与光电子学进展 2021年第3期58卷 303-309页

作者：赫立群段锦张肃贺敬航战俊彤付强长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130022 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022

使用Stokes矢量表征光子的偏振状态,基于Mie散射理论计算出Muller矩阵,并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性,利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题,从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下,... 详细信息

使用Stokes矢量表征光子的偏振状态,基于Mie散射理论计算出Muller矩阵,并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性,利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题,从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下,透射率和反射率随传输距离的变化情况,以及不同入射光偏振态及不同波长的入射光条件下,偏振度随海雾能见度的变化情况。该仿真实验结果为光在海雾粒子中偏振传输特性的研究提供了有益参考。

关键词：散射偏振传输特性矢量辐射传输蒙特卡罗仿真海雾环境

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基于瑞利散射理论的不同地表反照率和经纬度的天空偏振光分布研究

基于瑞利散射理论的不同地表反照率和经纬度的天空偏振光分布研究

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作者： Naveed Muhammad Mubashir（穆巴舍）大连理工大学

学位级别：硕士

天空偏振光分布模式具有丰富的地理位置信息,可为偏振光导航提供稳定的导航信息。太阳光属于一种自然光,而光是一种电磁波。太阳光在传输过程中,被大气层中的气体分子、气溶胶粒子、云等各种大气因素散射和吸收,并伴随地表的吸收和反射... 详细信息

天空偏振光分布模式具有丰富的地理位置信息,可为偏振光导航提供稳定的导航信息。太阳光属于一种自然光,而光是一种电磁波。太阳光在传输过程中,被大气层中的气体分子、气溶胶粒子、云等各种大气因素散射和吸收,并伴随地表的吸收和反射,在天空中形成稳定的天空偏振光分布模式。它提供了太阳子午线、中性点和偏振方位角等重要信息,这些信息对导航至关重要。因此,迫切需要建立接近实际大气的理论模型进行模拟分析,并对实际环境中的天空偏振模式进行定量测试研究。本文采用LibRadtran软件模拟分析不同地表类型下不同地表反照率以及经纬度变化对偏振度和偏振方位角的影响。此外,进行了多次实地对比测试,为偏振光导航的实际应用提供了理论与实践参考价值。本文根据天空偏振模式的形成机理及其主要影响因素,介绍了瑞利散射理论和米氏散射理论。介绍了Libradtran的仿真软件包。天空偏振模式的模拟原理是利用蒙特卡罗方法的MYSTIC算法计算大气辐射传递过程。解释了天空偏振光测试所用的斯托克斯矢量法。此外,还开发了基于图像的天空偏振模式测试系统。对作为导航信息源的偏振度分布图和偏振方位角分布图的稳定性进行了测试和分析。分析结果表明,在阴天天气下,最大偏振度远低于晴天,而偏振方位角分布模式的对称性依然清晰。与偏振度分布模式相比,偏振方位角分布模式在阴天天气的影响下更稳定,更适合作为偏振光导航的信息源。此外,本文还测试了地表反照率对天空偏振模式的影响。在不同地表类型下利用LibRadtran软件模拟了不同地表反照率对偏振度和偏振方位角的影响。测试地表分别为混凝土、海洋和沥青。研究发现,地表反照率对偏振度值有一定的影响。随着地表反照率的增大,最大偏振度值减小,偏振方位角没有明显变化。此外,本文还研究了经纬度对天空偏振模式的影响,对不同经纬度的太阳子午线方向进行模拟分析,并在不同的城市进行实地测试。研究结果表明,经度对太阳子午线方位角的影响大于纬度。在同一时间,太阳方子午线位角随着经度和纬度的增加而增加,随着经度和纬度的差异越来越大,太阳子午线方位角范围也越来越大。在实验期间,这两个地点都有一个明显的太阳子午线旋转角度。一天中在固定的时间段内太阳子午线的旋转角度先上升后下降。

关键词：天空偏振模式矢量辐射传输地表反照率偏振度偏振方位角

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