[发明专利]一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法

权利要求书

1.一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法。其特征在于包含以下步骤： 

（1）建立描述天空光偏振场的天球坐标系统； 

（2）在天球坐标系统中给定太阳点位置与观测点位置； 

（3）根据步骤（2）给定的太阳点位置与观测点位置，在球面几何中计算天空观测点到太阳的角距离,即散射角； 

（4）根据半分析瑞利散射模型计算任意点天空光的偏振度； 

（5）根据步骤（2）中设定的太阳点位置和天空观测点位置的坐标，通过向量的方法解算天空光的偏振角； 

（6）计算波浪水面天空漫射光的偏振反射率； 

（7）根据步骤（6）得到的入射光水平方向和垂直方向的偏振反射率，计算水面反射天空光偏振度； 

（8）根据步骤（4）得到的天空光的偏振度，结合STOKES矢量以及三角函数关系求出水面反射天空光的偏振角，从而实现水面反射天空光的偏振状态的解算。 

2.根据权利1要求所述的一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法，其特征在于：步骤（1）中所述的“建立描述天空光偏振场的半球型系统”，要求在坐标系统中包含坐标原点O、太阳点位置S、天空观测点位置P，还标示出天空观测点所在子午圈、太阳点所在子午圈以及过P点且与散射面垂直的E矢量。 

3.根据权利1要求所述的一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法，其特征在于：步骤（2）中所述的“在天球坐标系中给定太阳点位置与观测点位置”，太阳点位置用太阳天顶角与太阳方位角描述，观测点位置用观测天顶角与观测方位角描述；用户可以任意设定太阳天顶角与观测天顶角，其取值范围为0°～90°；用户可以任意设定太阳方位角与观测方位角，其取值范围为0°～360°。 

4.根据权利1要求所述的一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法，其特征在于：步骤（3）中所述的“根据步骤（2）给定的太阳点位置与观测点位置，在球面几何中计算天空观测点到太阳的角距离,即散射角”，具体计算过程如下： 

cosγ=cosθ_scosθ_v+sinθ_ssinθ_vcosφ 

其中，θ_s为太阳天顶角，θ_v为观测天顶角，φ为观测点与太阳的相对方位角，即观测点与太阳子午圈的角距离，γ为天空观测点P到太阳S的角距离，即散射角。 

5.根据权利1要求所述的一种波浪水面天空漫反射光偏振场模拟方法，其特征在于：步骤 （4）中所述的“根据半分析瑞利散射模型计算任意点天空光的偏振度”，具体计算过程 

如下： 

在半分析瑞利散射模型中，δ为天空光偏振度，δ_max为天空光最大偏振度；对于理想的大气状况，δ_max=1，对于真实的大气状况，δ_max<1当θ_s=0°时，δ_max=0.56；当θ_s=30°时，δ_max=0.63；当θ_s=60°时，δ_max=0.70；当θ_s=90°时，δ_max=0.77。