大气偏振模式是天空中的偏振光形成的具有特定规律的偏振态分布,其中蕴含着重要的方向信息,为偏振光导航提供方向基准。人类的肉眼是无法识别偏振光信息,需要通过相应的偏振成像系统。不同偏振成像系统在使用过程中都需要经过相应的标定,来提高偏振测量精度。针对偏振成像系统中还存在影响大气偏振模式测量的因素,本文从不同检偏角的选择、偏振片的初始方向、偏振成像系统测量原理等方面,研究偏振成像系统对大气偏振模式测量的影响,来提高大气偏振模式的测量精度。本文的主要研究工作如下:（1）在大气偏振模式测量时,针对不同偏振角度对应的传输矩阵对偏振测量的影响,引入了矩阵的条件数来分析传输矩阵的稳定性。通过分析常用的三个偏振角度和四个偏振角度下求解斯托克斯（Stokes）矢量时传输矩阵的条件数,找出获取大气偏振模式的最优偏振角度。最后进行实测实验来验证不同偏振角度对大气偏振模式的影响并进行分析。（2）大气偏振模式中偏振角分布关于太阳子午线对称,针对偏振角分布中太阳子午线有时会出现弯曲的现象,通过大量实验,发现弯曲现象是由于偏振成像系统中偏振片的0度偏振方向和相机的0度偏振参考方向存在夹角（偏差角）造成的。为了解决这个问题,本章建立了偏差角的解析模型,分析了偏差角对大气偏振模式测量的影响。在此基础上,提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法,利用偏振度分布的不变性以及中性点特征,获取偏振角分布的最优对称轴,实现了对偏差角的校正。最后通过实测实验证明本章模型和校正方法的有效性和准确性。（3）针对不同的研究需求,需要选择合适的偏振成像系统,来提高大气偏振模式的测量精度。本文从不同成像原理方面,选择分时和分振幅两种偏振成像系统,并进行大气偏振模式的实验研究。首先分别调节相机的曝光时间和增益,研究分时和分振幅偏振成像系统在改变相机参数时对大气偏振模式测量的影响。然后在不同天气条件下,分析两种偏振成像系统获取大气偏振模式的瑞利点分布和对称性分布。