[发明专利]一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法

权利要求书

1.一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，对非球形灰霾粒子进行建模；

步骤2，建立灰霾粒子的紫外光散射偏振模型；

步骤3，利用T矩阵方法计算非球形灰霾粒子的紫外光散射振幅矩阵的矩阵元；

步骤4，利用步骤2的紫外光散射偏振模型和步骤3的T矩阵方法仿真不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的变化；

步骤5，对比分析球形和不同形态的非球形灰霾粒子的紫外光散射线偏振度的差异规律，从而区分球形与不同形变的非球形灰霾粒子。

2.根据权利要求1所述的一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，其特征在于，所述步骤1是将非球形灰霾粒子等效成椭球形、圆柱形和切比雪夫形这三种常见的粒子，建立非球形灰霾粒子模型，具体包括以下步骤：

步骤1.1：建立椭球形灰霾粒子模型，公式(1)是椭球形灰霾粒子模型表达式，

(1)

其中，椭球形灰霾粒子的半轴比为a/b，b和a分别为垂直半轴和水平半轴，椭球形灰霾粒子具有旋转对称性，一般以垂直半轴为旋转轴，a/b的大小决定了椭球形灰霾粒子的形状，a/b大于1时为扁椭球形灰霾粒子，a/b小于1时为长椭球形灰霾粒子；

步骤1.2：建立圆柱形灰霾粒子模型，圆柱形灰霾粒子的形状由底面圆直径与长度之比D/L决定，D/L小于1时是长圆柱形灰霾粒子，等于1时是紧实圆柱形灰霾粒子，大于1时是扁圆柱形灰霾粒子；

步骤1.3：建立切比雪夫形灰霾粒子模型，切比雪夫形灰霾粒子是一种直径遵循n阶切比雪夫多项式的非球形灰霾粒子，形状可由表达式(2)描述：

(2)

其中，是球形量化半径，是形变参数，是n阶切比雪夫多项式，当n大于2时，切比雪夫形灰霾粒子会出现凹陷部分；随着n的不断增加，切比雪夫形灰霾粒子周围会产生波纹状的粗糙面，因此，n又被称为波纹参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，其特征在于，所述步骤2中的灰霾粒子的紫外光散射偏振模型包括，紫外光沿Z轴正方向平行照射，与灰霾粒子发生单次散射，入射光方向和散射光方向决定了散射平面，设平面XOZ为参考平面，是散射角，为平面XOZ与散射平面的旋转角，则紫外光经灰霾粒子散射前后的Stokes矢量、表达式如（3）所示：

(3)

其中，是灰霾粒子的Mueller矩阵，是旋转矩阵，具体表达式如(4)：

(4)。

4.根据权利要求1所述的一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：在入射场照射下，非球形粒子表面周围会形成散射场，入射场和散射场的展开表示式为(5)和(6)：

(5)

(6)

其中，为光波数，为等效半径，为非球形粒子的最小外接球半径， 和是正则矢量球面波函数，是矢量波函数；入射场的展开系数的表示式为(7)：

(7)

同理，散射场展开系数的表达式为(8)：

(8)

入射场与散射场的展开系数满足线性关系，用T矩阵表示为(9)和(10)：

(9)

(10)

根据求解的T矩阵，散射振幅矩阵的各个矩阵元表达式为(11)-(14)：

(11)

(12)

(13)

(14)

步骤3.2：在研究灰霾粒子的紫外光散射偏振特性时，使用Mueller矩阵将入射光的Stokes矢量和散射光的Stokes矢量联立成公式(15)，其中，为Mueller矩阵中的矩阵元素，

(15)

其中，Mueller矩阵和散射振幅矩阵中各个矩阵元之间的关系为：

。

5.根据权利要求1所述的一种基于日盲紫外光线偏振度的非球形灰霾粒子区分方法，其特征在于，所述步骤5使用线偏度之差D来表示球形与非球形灰霾粒子的散射线偏振度差异，线偏振度差异D表达式为公式(16)：

（16）

其中，表示球形灰霾粒子的线偏振度，表示非球形灰霾粒子的线偏振度。