天空偏振模式中包含偏振导航所需要的方位信息,对偏振导航的实现有重要作用。天空偏振模式是太阳光经过大气层时,受到大气模式、气体分子、气溶胶、云、地表、时间以及地理位置等各种内、外部因素共同作用下形成的,不同因素导致其存在一定差异,因此建立更加接近于实际大气的理论模型进行仿真分析并在实际环境下对天空偏振模式进行定量测试研究显得尤为重要。为研究不同因素对天空偏振模式的影响,分析实际大气环境下偏振导航的方向信息,本文运用lib Radtran二次开发软件仿真分析了环境因素和经纬度变化对天空偏振模式的影响,并在实际环境下进行同步异地测试,定量分析了环境因素和经纬度差异对天空偏振模式的影响。首先,从大气辐射传输理论出发,介绍了天空偏振模式的形成机理及其主要影响因素。阐述了天空偏振模式的仿真原理,利用蒙特卡罗法的MYSTIC矢量辐射传输模型,计算大气矢量辐射传输过程。阐述了天空偏振模式的Stokes矢量法及其测试原理,并搭建了图像式天空偏振模式测试系统。其次,研究了云量对天空偏振模式的影响。测试分析了不同云量对偏振度、中性点识别、偏振方位角和太阳子午线提取的影响。结果表明:偏振度值随着云量的增大而减小。云量小于10%时偏振度和偏振方位角分布规律明显,能够识别出中性点区域并提取出太阳子午线。云量为91%时偏振方位角对称性分布受到干扰,太阳子午线发生扭曲和偏离进而无法提取,而偏振度环状分布依然存在,能够识别出实际中性点位置。再次,研究了地表反照率对天空偏振模式的影响。仿真分析了不同地表反照率和不同地表类型对偏振度和偏振方位角的影响,并分别在草地、海洋和沥青地表进行了实际测试。结果表明:地表反照率对偏振度数值有较大的衰减作用,在同一天内同一时刻下,地表反照率越大,最大偏振度值越小;地表反照率相差越大,最大偏振度值平均减小量越多,最大偏振度值减小幅度越大。地表反照率对偏振方位角基本没有影响。最后,研究了经纬度差异对天空偏振模式的影响。仿真分析了经纬度变化对太阳子午线方向的影响,并分别在不同地点进行了实际测试。结果表明:经度变化对太阳子午线方向变化的影响作用大于纬度变化的影响作用。在同一天内同一时刻下,经纬度越大,太阳方位角越大;经纬度相差越大,太阳方位角相差范围越大。太阳子午线在两测试地点各测试时段内转过角度不同,一天内每固定时段转过角度呈现先增大后减小趋势。