目标及其环境偏振信息建模与仿真

This project orients from meeting the needs of our country and military, follows the development of polarization information research, and combines polarization optics and information technology. With polarization as research object and the information technology as main research line, based on our previous work, we combine physical method and biomimetic method together and do researches on several key problems of polarization information from the aspects of modeling, simulation, visualization and experiments. This project includes : to study the polarization generation mechanism of the target and its environment, to construct theory and method of global polarization information modeling, to provide physical basis for biological polarization information acquisition and processing, to form the valid polarization information acquisition and bionic method; to study the polarization information processing model of biological nervous system, to construct the model of biological polarization information acquisition and processing, to form the bionic polarization information processing method; to carry out the research of polarization information simulation and visualization method, to form the united expression of polarization between physics and biology; to construct polarization information visualization model; to study the experiment methods and experiment platform, to explore the method of polarization measurements, to form the mutual validation methods between polarization information model and experiment. This project will form a solid theoretical basis for further researches and applications of polarization information, especially in military purpose.

本项目面向国家（军事）需求，根据偏振信息研究发展动态，将偏振光学与信息技术相结合，以偏振为对象，以信息技术为主线，将物理方法与仿生方法相结合，在前期研究工作基础上，从建模、仿真、可视化及模拟实验等方面开展偏振信息若干关键问题研究。主要开展：目标及其环境偏振信息产生机理研究，构建目标与环境、目标与目标相互作用下全局偏振信息建模理论与方法，为生物偏振信息获取与处理提供物理依据，形成偏振信息有效获取的仿生方法；开展偏振信息的生物神经系统处理模型研究，构建生物偏振信息感知模型，形成仿生偏振信息处理的研究方法；开展偏振信息仿真与可视化研究，形成物理与生物相统一的偏振信息表征方法，构建偏振信息的可视化模型；开展模拟实验验证方法与实验平台研究，探索偏振信息测量方法，形成偏振信息理论研究与实验研究相互验证的方法。为深入开展偏振信息技术研究、为偏振信息的应用尤其是军事应用奠定理论基础。

针对目标与其环境偏振信息建模与仿真等相关科学问题，本课题以偏振光在目标与环境、目标与目标间的物理过程为研究对象，以信息技术为主线，将偏振光学与信息技术相结合，将物理方法与仿生方法相结合，系统研究了偏振信息在建模与仿真等方面的系列关键问题。具体工作包括：（1）研究了目标及其环境的偏振特性，包括针对目标表面偏振光反射问题，提出多种多层涂层的目标偏振双向反射分布模型，分析雾天、水域、大气介质和特殊介质等不同环境下的目标偏振特性，并提出相关解析模型；（2）基于沙蚁等生物POL-神经元模型偏振信息处理机制，结合在现有偏振相关理论，建立了复眼DRA小眼群偏振光学阵列模型，同时完成了仿生复眼阵列模型与编解码模型的连接与组合，并对生物神经系统处理模型进行仿真验证，从而实现利用基于生物复眼DRA小眼阵列获取天空偏振模式中方向信息机理的信号处理方法，完成实测数据的研究与分析；（3）在现有偏振建模理论研究基础上，建立了不同场景下的大气偏振模式解析模型，针对不同成像模式下获取的偏振信息会有所不同，本项目提出基于成像模式的模型改进方法，同时在所构建的解析模型基础上进一步研究偏振信息的多种应用，通过环境偏振信息仿真与实测实验的对比验证，对所提出模型和方法的科学性与可行性进行佐证；（4）分别对所建立的不同目标、不同环境、目标与环境的偏振信息可视化表征模型，进行仿真验证与分析，研究了模拟实验的设计和验证方案，完成偏振实验平台的搭建，结合现有的大气偏振模式测量系统，搭建全天域大气偏振模式实时测量平台。在此基础上提出并实践了理论研究、模型仿真与实测研究之间的相互验证方法。