偏振遥感技术中不确定度传递机理研究

Polarization remote sensing techniques have unique strengths in monitoring polarization sensitive atmospheric compositions such as aerosols, clouds, fog and haze. Research to the uncertainty propagation is very important for understanding the composition of data acquired from polarization remote sensing and improving the accuracy of the data. However, polarimetric uncertainty propagation is more complicated than radiant and spectral uncertainty propagation because polarimeters involve with special mechanism and the numerous sources of polarimetric uncertainties can interfere with each other. . In this project, we propose to combine experimental tests with theoretical analysis. A preliminary model is developed to divide polarimetric uncertainty propagation into four main sections. Then we reduce the number of uncertainty sources in those sections and simplify uncertainty propagation processes by experimental tests. A new polarization uncertainty standard source, which can output signals with the known uncertainty probability distribution and play an important role in experimental tests, is designed. After modifying the model by the result of experimental tests, it will be more practical for the real situation. At last, based on such model, we are aiming to analyze the impact of single section to the final uncertainty, study the connection between various sections, and reveal the mechanism of uncertainty propagation in the whole process. The success of the project would be helpful for the further application of polarization removing sensing techniques in the field of atmospheric sounding.

偏振遥感技术在探测大气气溶胶、云、雾霾等大气偏振敏感成分上具有独特的优势。研究其中的不确定度传递，对了解偏振遥感数据中不确定度的组成、提高遥感器数据获取精度有重要意义。但因为偏振探测方式的特殊性，偏振不确定度来源众多且相互关联，所以其不确定度传递机理有别于辐射、光谱不确定度的传递，相对较为复杂。.　　本课题结合理论分析和实验测试，将对偏振不确定度传递过程划分成四个主要环节进行初步建模。重点通过实验测试来减少主要环节内的不确定度来源数目，简化传递过程。为了进行实验，研制一种新的偏振光源，其特点是能够输出已知不确定度概率分布的偏振光信号。根据实验结果修正后，不确定度模型能够更真实的反应实际情况。最后基于该模型，分析单环节对最终不确定度的影响，研究环节之间的相互关联机制，阐明不确定度各环节之间的传递机理，为偏振遥感技术在大气探测领域中的进一步应用奠定基础。

测量精度是实现偏振遥感技术实际应用的关键所在，而偏振不确定度及其传递过程是决定偏振精度的核心因素。由于偏振探测方式的特点导致偏振不确定度来源众多且相互关联，所以其不确定度传递机理有别于辐射、光谱不确定度的传递。.本课题结合理论分析和实验测试，对偏振不确定度传递过程划分几个主要环节进行了研究。课题首先理论分析了偏振辐射测量的不确定度传递过程，得到了在特定条件下主要不确定度传递过程近似为线性传递的重要结论，揭示了偏振仪器和非偏仪器的重要差异：偏振不确定度源构成方式会导致仪器在特定入射偏振态的入射光上形成最大测量误差。其次，本课题将典型偏振仪器（多角度偏振成像仪）作为研究对象，构建了多角度偏振成像仪偏振测量不确定度传递模型，较为完善的反映了其传递机理。再次，课题完成了包括镜头组件、检偏组件、探测器、定标过程等多个环节偏振不确定度测试，采用新方法得到了广角镜头的退偏度分布；对检偏组件中偏振方位角拟合计算过程不确定度进行了深入分析并改进了原有方法；对NMOS型CCD进行了偏振特性测试并确定其较低的偏振敏感性；为规避“伪偏振”情况而对视场一致性定义进行了研究，并给出了一种更为全面的视场一致性测量方法；提出用不同偏振角的完全线偏光在多角度偏振成像仪视场内稀疏分视场入射+最小二乘拟合的定标方法，得到空间低频透射率、显式起偏效应、单像元方位角等三项重要的不确定度源，并进行了误差仿真分析和实验,实验结果验证了模型和传递机理。最后，课题还作了整机的偏振不确定度研究，归纳出了影响偏振精度的主要因素，在某型号偏振载荷上中得到了应用。.为进一步完善课题研究内容，基于偏振测量往往通过三次辐射测量来实现偏振信息获取的事实，与色度学领域通过RGB三色三次辐射测量来实现色彩探测的原理类似。尤其是真彩色的获取与准确的偏振信息获取，都需要三个通道的高精度辐射测量。因而，对真彩色遥感技术和"真彩色滤光校正片"进行了对比研究，为深入理解偏振测量技术难点提供数据参考。