● 摘要
偏振探测技术是遥感领域中十分重要的探测技术，科学家研究表明，太阳光在到达地面之前，会受到大气中空气分子、气溶胶粒子等散射体的散射作用而发生偏振现象，这种天空散射光的偏振特性遵循一定的分布规律，这种规律在导航定位、大气成分分析、天气预测、对地信息补偿以及风场的探测等众多领域有着十分重要的应用。液晶相位可变延迟器件（LCVR）是一种电控双折射相位延迟器件，使用LCVR的偏振探测系统能够实现全偏振探测，并且具有响应时间快、测量精度高、调谐电压低、无需机械转动等优点。鱼眼镜头是一种结构特殊的光学系统，它的视场角可以达到180°，实现对半球视场下天空光的探测。
本文首先分析了液晶相位可变延迟器件（LCVR）和鱼眼镜头的原理和特性，提出了一种基于LCVR和鱼眼镜头的半球视场下天空光偏振探测系统的方案；然后根据各器件的光学特性，进行了系统的总体结构设计并计算了系统的相关参数；之后进行光学系统设计，包括前置光学系统，中继光学系统，后置光学系统，并且引入了自由曲面光学设计，提高了系统的成像质量，在72lp/mm处的调制传递函数(MTF)的平均值在0.5以上，接近衍射极限，装调公差适中；接下来对系统进行了偏振定标，提出了一种大视场的偏振定标方案，并验证了偏振定标的精度；最后用定标好的系统进行天空光的成像实验，得到天空光的偏振分布信息，与理论模型分布比较，验证了系统的可行性。