偏振条件下辐射能和熵传输的数值模拟

论文摘要

偏振是散射光的特性之一,而标量辐射传输方程中是不包含偏振信息的,因而是不准确的。偏振信息在大气光学,海洋光学,遥感等领域有广泛的应用。根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性来遥感大气组成、提高水下目标图像的清晰度、检测生物病变组织、实现空间遥感和对地观测等。这项技术对大气-海洋学、生物医学、军事目标红外识别等方面发展起着十分重要的作用。空间遥感的理论基础是矢量辐射传输原理,它是基于4个斯托克斯参数的矢量辐射传输方程。与标量辐射传输方程相比,加入了偏振信息。本文采用离散坐标法对矢量辐射传输方程进行求解,并与其他文献的结果相比较。分析了不考虑偏振情况下对辐射传输计算精度的影响,针对不同的辐射传输模型通过改变辐射特性参数得出了在高精度计算要求时不应忽略偏振的条件,希望在辐射传热问题的计算上可以对偏振引起重视。辐射熵是辐射强度的函数,所以不考虑偏振的辐射熵的计算也是不精确的。本文对偏振辐射熵强度和熵产进行分析和计算。针对表面光滑的瑞利和米氏粒子,研究了不同偏振态的入射光束经粒子散射后的散射光的偏振度、光谱辐射熵强度以及此过程中产生的熵产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 矢量辐射传输原理
• 2.1 光波的偏振态
• 2.1.1 偏振光的描述
• 2.1.2 斯托克斯矢量
• 2.2 矢量辐射传输方程
• 2.2.1 矢量辐射传输方程与标量辐射传输方程的区别
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 相矩阵
• 2.3 本章小结
• 第3章 偏振条件下辐射传输方程的数值模拟
• 3.1 矢量辐射传输方程的离散坐标解法
• 3.2 数值模拟的程序流程
• 3.3 计算结果的比较和分析
• 3.3.1 有辐射热源和镜反射边界的一维辐射传输模型的验证
• 3.3.2 有平行光入射和漫反射边界的一维辐射传输模型的验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 偏振对辐射传输计算精度的影响
• 4.1 VDOM 与DOM 的计算结果在方位角度上的偏差
• 4.2 有辐射热源和镜反射边界的一维辐射传输模型
• 4.2.1 辐射传输模型的描述
• 4.2.2 不考虑偏振对辐射传输计算精度的影响
• 4.3 有平行入射光源和漫反射边界的一维辐射传输模型
• 4.3.1 辐射传输模型的描述
• 4.3.2 不考虑偏振对辐射传输计算精度的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 偏振条件下熵传输的数值模拟
• 5.1 偏振辐射熵的定义
• 5.2 对瑞利散射粒子散射的熵产的计算
• 5.2.1 偏振条件下的瑞利散射原理
• 5.2.2 瑞利粒子散射的熵产
• 5.3 对米氏散射粒子散射的熵产的计算
• 5.3.1 偏振条件下的米氏散射原理
• 5.3.2 米氏粒子散射的偏振度
• 5.3.3 米氏粒子散射的辐射熵强度
• 5.3.4 米氏粒子散射的熵产
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢