太阳光与大气粒子之间发生散射作用就会产生偏振光,天空中存在许多不同属性的偏振光,便形成了包含大量方向和大气参数信息的偏振分布模式,这种分布模式和大气粒子、太阳位置以及气候条件密切相关。本文的研究,主要致力于解释这种偏振模式的产生机理,仿真其分布特性,并开展相关的对比检测实验,为相关的应用研究提供基础理论支持。大气散射光线的偏振特性研究在仿生导航、遥感探测和大气环境监测等领域中都有广泛的应用。本文的主要工作如下:(1)分析了光的本质及其偏振特性的数学原理,总结了大气层结构与组成粒子光学参数以及光线传输坐标系,仿真天空中的光强分布;(2)在研究瑞利散射和米式散射原理的基础上,仿真大气粒子如气态分子、气溶胶粒子、尘埃和水滴等的散射辐射特性,并根据仿真结果分析粒子散射光的强度和偏振特性分布规律;(3)在瑞利散射理论和蒙特卡洛随机理论的基础上,根据实际环境参数,仿真全天域散射光线的偏振特性分布,并引入复平面的概念实现三维表征的无畸变投影,便于理论仿真结果与实测结果的对比;(4)搭建了偏振成像系统用于检测天空中散射光的偏振特性分布,实验获取中性点区域的偏振特性分布与天顶区域的线偏振度变化趋势,对比分析实测结果与全天域散射光线偏振特性的仿真结果,分析仿真结果的缺陷与不足。