航天遥感扫描系统的偏振分析-光学精密工程.PDFVIP

第 6 卷　第 3 期 光学　精密工程 . 6, . 3 V o l N o 1998 年 6 月 O P T IC S AN D PR EC IS ION EN G IN EER IN G J un e, 1998 航天遥感扫描系统的偏振分析 宋　宁　　韩心志 ( 哈尔滨工业大学航天电子与光电工程系　　哈尔滨 15000 1) 　　摘要　提出了航天遥感器扫描系统的偏振计算和分析方法, 对航天遥感中通常采 用的三种扫描系统进行偏振计算和分析, 提出了扫描系统的新的设计方案。 关键词　　扫描系统　偏振灵敏度 1　引　　言 　　航天遥感器, 用来对地球及其环绕天体进行辐射度测量。已有的研究结果表明, 遥感器的 辐射度精度受 目标及系统的偏振特性的影响。由于被测 目标的偏振特性非常复杂的, 因而系统 [ 1 ] 的偏振特性将使辐射度测量产生严重误差 。对于辐射度性能要求较高的航天遥感器, 特别是 用于气象和海洋遥感的航天遥感器, 应降低其偏振灵敏度, 以保证辐射度测量精度。例如, 美国 EO S 平台的M OD IS, 具有较高的辐射度性能要求, 因此其线偏振灵敏度要求≤2% 2 ] 。而扫描 系统是航天遥感器偏振灵敏度的主要贡献者, 因而偏振特性成为扫描系统设计的主要依据。对 扫描系统进行偏振分析, 提出减偏思路, 是扫描系统设计的主要工作之一。 本文提出扫描系统的偏振计算和分析方法, 并对主要的三种扫描系统进行了偏振分析, 提 出了改进的设计方案。 2　偏振分析和计算方法 　　对光学系统偏振特性和计算分析主要有两种方法, 偏振像差理论和偏振光追迹[3- 4 ] 。偏振 像差理论的方法有利于更好地理解偏振的产生, 而且被用于平衡和减少光学系统或光学元件 对偏振特性的影响。但是, 更多的光学设计和系统分析程序使用的是偏振光线追迹的方法。这 是由于, 偏振像差的方法不能很好地和其它光学设计程序相结合, 而且不能分析由倾斜或者偏 心光学元件构成的光学系统。因此, 本文采用偏振光线追迹的方法来分析航天遥感器扫描系统 的偏振特性。 收稿 日期: 1998- 0 1- 13 3 期 宋　宁　等: 航天遥感器扫描系统的偏振分析　　　　　　　　　　　 37 偏振光线追迹的过程如下: 光波的电场矢量以琼斯矢量来表示。当一条光线入射到光学界 面时, 通过旋转变换, 琼斯矢量被转换为垂直和平行于入射面的 和 两个本征偏振态, 然后 S P 分别对每一本征偏振态乘以菲涅耳反射或透射因子来表示光学界面对电场矢量的作用。这两 个计算过程, S 和 P 两个本征偏振态的转换和菲涅耳反射或透射因子都可以用一个 2 ×2 矩阵 来表示。因此, 从光学界面 i 到 i + 1 的琼斯矢量的变换关系为 J i+ 1 = M i+ 1J i ( 1) M = I R i+ 1 i+ 1 i+ 1 　　其中: R i+ 1 为琼斯矢量的旋转变换矩阵; I i+ 1 表示界面对电场矢量作用的 2 ×2 对角阵, 它 的对角元为菲涅耳反射或透射因子, 它和光线在界面的入射角以及界面前后的