基于穆勒矩陣的目標光學反射特性研究.pdf

1、目標光學反射的偏振特性研究在民用和軍事上顯示出了極大的應用價值和發(fā)展?jié)摿?。傳統(tǒng)偏振特性研究，根據目標自身穆勒矩陣的表達形式，將其分解為起偏、退偏和衰減等模塊，是一種目標特性的數學表征，缺乏物理意義，具有一定的局限性;而本文將麥克斯韋方程與穆勒矩陣相結合，推導出利用穆勒矩陣計算目標折射率，消光系數，退偏振系數等的方法，這些系數具備明確的物理意義，可以作為新的偏振特征，從而為目標光學反射特性研究提供更有價值的信息。
　　本文首先對最基

2、礎的麥克斯韋方程組微分形式進行求解，得到關于電磁場強度矢量的波動方程，根據目標表面有無電導率，結合折射率定義，得出了光學常數的存在。其次根據菲涅爾反射公式中，p波s波的反射系數，定義了兩者的振幅比以及相位差。然后根據測量所得穆勒矩陣，將其轉換為穆勒瓊斯矩陣，穆勒瓊斯矩陣是一個可以由菲涅爾反射系數表示的矩陣，對其進行求解，即可得到振幅比以及相位差。最后再結合菲涅爾反射公式以及折射定律，得出光學常數關于入射角的表達式。
　　其次，本文

3、推導出一種路徑積分矩陣，它與穆勒矩陣存在轉換關系。將路徑積分矩陣分解，得到參量退偏振系數，它可以用來反映被測量目標對偏振特性的改變程度。由于路徑積分矩陣是每束光傳播路徑的瓊斯矩陣的概率混合，這一特性使得路徑積分矩陣成為混合材料以及粗糙表面物理建模的好方法。并且由于多次散射容易造成退偏振，造成多次散射的原因是物體表面曲率較大甚至不光滑時，因此退偏振系數與物體表面粗糙度存在一定的關系，可以用于粗糙表面的實驗仿真，并將其作為一個重要參數對目標

4、進行分辨。
　　為了獲得目標自身穆勒矩陣，本文設計出一種多旋轉式測量裝置，通過偏振片和波片的不同組合來獲得不同偏振態(tài)的出射光。由于穆勒矩陣包含16個元素，為了能夠精確得到穆勒矩陣中的每一個參數信息，首先構建一個多角度的測量系統(tǒng)，使用七種不同的入射角(30°，37.5°，45°，52.5°，60°，67.5°，75°)對目標反射光進行測量，即入射光和反射光與法線的夾角可以變化?？刂破鹌到y(tǒng)得到6組不同的入射光斯托克斯矢量照射到目標表

5、面，同時針對每組入射光控制檢偏系統(tǒng)測量6組反射光斯托克斯矢量。為了能夠精確地控制經過起偏系統(tǒng)后出射光的偏振態(tài)，在擴束透鏡組與起偏系統(tǒng)之間加入了一組圓偏振態(tài)發(fā)生器，使通過起偏系統(tǒng)后產生的多組入射光光強值保持一致。
　　最后，根據測量得到的目標穆勒矩陣，計算出反映目標光學特性的偏振參量，對路徑積分矩陣進行分解得到的退偏振系數也用于偏振特性分析。利用所設計的系統(tǒng)對自然界中典型的目標以及復雜自然背景下的人造目標和偽裝目標進行大量實驗測量。