仿照昆虫偏振视觉导航的机制,利用天空光偏振模式进行导航是目前仿生导航技术的热门研究方向。研究中发现,阴云天气会削弱天空光偏振,造成利用天空偏振模式提取方向信息的困难,甚至会导致导航失效。如何在阴云大气条件下最大限度地提高天空光偏振探测的可靠性,成为仿生偏振导航研究的一个重要课题。光波波段是影响天空偏振模式的一个重要的因素,生物学研究发现,昆虫倾向于使用紫外波段进行天空偏振模式的探测,紫外波段可能更适合阴云大气下的天空偏振导航。对于紫外波段天空偏振模式,目前缺少符合实际阴云条件的大气建模与仿真,缺少对紫外偏振优势以及云层对天空偏振影响机制的原理性分析。因此,需要对阴云大气下紫外波段天空偏振模式进行深入研究。论文主要进行了以下几个方面的工作:首先,建立阴云大气条件下的偏振光传输模型,基于Mie散射蒙特卡洛法,通过构建大气,云层,地表反照等多种形式的参数,仿真实际的大气光传输过程,获得仿真天空偏振模型。在模型的基础上,编制天空偏振仿真GUI软件,通过输入时间,经纬度,大气参数等信息,计算并绘制天空偏振度图和偏振角图。其次,对不同阴云大气条件下天空偏振模式进行仿真实验,对比紫外波段和其它波段的偏振特点,总结相关规律,研究云层削减天空偏振作用。通过对单粒子Mie散射分析,多粒子散射介质的仿真,云介质削减天空偏振的物理原因的推导,最终确定云层削减偏振作用的物理机制和紫外天空偏振优势。最后,进行室外观测实验,利用可见光偏振相机及紫外相机加偏振片方式分别获得可见光波段和紫外波段的天空偏振模式图,通过观测数据的对比,对仿真分析进行验证。本文通过对紫外天空偏振模式的仿真及实验研究,提出了一种云层削减天空偏振的可行解释,分析得出紫外波段在阴云天气下具有更高的偏振优势。实验结果表明,紫外波段在阴云天气下依然能够有效探测天空偏振信息,相比于可见光波段,更能够适应阴云等复杂的大气条件。