[发明专利]一种基于水下偏振分布模式的太阳矢量解算方法

权利要求书

1.一种基于水下偏振分布模式的太阳矢量解算方法，其特征在于，步骤如下：

步骤(1)、首先通过水平放置的偏振传感器获取水下天球坐标系下任意n个观测方向上的水下偏振E-矢量其中k＝1,2,...,n；n≥2；

步骤(2)、结合步骤(1)的水下观测方向基于折射定律反演出此水下观测方向上的光线的入射角i_k；

步骤(3)、结合费涅尔折射公式，由步骤(1)获取到的水下观测的偏振E-矢量及步骤(2)计算得到的光线入射角i_k，反演其对应的大气偏振E-矢量

所述步骤(3)中的结合费涅尔折射公式，由步骤(1)获取到的水下观测的偏振E-矢量及步骤(2)计算得到的光线入射角i_k，反演其对应的大气偏振E-矢量

设某一水下偏振E-矢量与当地子午线的夹角，即水下偏振方位角为χ^water；该水下偏振E-矢量是由大气中某一偏振光经折射后形成的，设大气偏振E-矢量的偏振方位角为χ^air；则有下面关系：

其中，σ_⊥,σ_||分别表示E-矢量垂直于和平行于入射面一对正交分量的折射率，由费涅尔折射公式得：

故得：

则该E-矢量在东北天坐标系下表示为：

e^air＝v cosχ^air+u sinχ^air

其中，v,u分别表示过观测点经线方向与纬线方向的切向单位矢量，即：

所以任一水下观测方向上光线对应的偏振E-矢量为：

步骤(4)、根据大气偏振E-矢量与太阳矢量垂直关系，利用多个大气偏振E-矢量解算得到太阳矢量s。

2.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振分布模式的太阳矢量解算方法，其特征在于：

所述步骤(1)的水下观测方向具体要求如下：

对于任一观测方向从天顶方向到观测方向的夹角，即天顶角为ζ_k；由斯涅耳窗口视角θ，确定天顶角在东北天坐标系下，表示为：

其中，为观测方向对应的方位角，定义北向为方位角零位，北偏东为正。

3.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振分布模式的太阳矢量解算方法，其特征在于：

所述步骤(2)基于光线折射定律反演出此水下观测方向上的光线的入射角i_k，具体实现如下：

水下观测方向上的折射光线的折射角r_k，由光线折射定律得到水上入射光的入射角i_k为：

其中，n_air,n_water分别为空气与水的折射率；水下观测方向上的折射光线的折射角r_k与观测方向的天顶角ζ_k相等，同时水面折射不会改变光线传播的方位角。

4.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振分布模式的太阳矢量解算方法，其特征在于：

所述步骤(4)中的利用大气偏振E-矢量与太阳矢量垂直关系，利用n个大气偏振E-矢量解算得到太阳矢量s，具体方法如下：

太阳矢量能够由n个大气偏振E-矢量中任意选取两个求得：

即其中，表示在n个反演得到的E-矢量中任意两个不同的量；其中k＝1,2,3,...,n；为充分利用获取的n个偏振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'为存在歧义性的太阳矢量，由于在东北天坐标系中太阳矢量的z方向为正，故引入天顶矢量z＝[0 0 1]^T，并通过下式消除歧义性，即得东北天坐标系下的太阳矢量为：

s＝sign[s'·z]s'

其中，sign[a·b]表示向量a与b内积的符号。