大气散射光偏振特性的研究对于降低自然扰动对偏振光导航系统的误差影响，优化系统具有重要意义。实验采用矢量偏振分析装置测量了不同天气情况下大气散射光偏振度和太阳光单次散射角，研究了两者之间的关系。结果表明，在不同天气条件下，大气散射光偏振度和太阳光单次散射角之间皆为抛物线型关系，散射光偏振度变化主要由大气散射粒子大小变化引起。当散射粒子半径增大时，散射光偏振度减小，并且偏振度最大值所对应的散射角值发生偏移。基于米氏散射理论建立了单次光散射偏振模型对该实验进行了理论分析，数值仿真结果与实验结果一致。