Поляризационное смешение - Polarization mixing - Wikipedia

В оптика, поляризационное смешение относится к изменениям в относительной силе Параметры Стокса вызванный отражение или же рассеяние -видеть векторный перенос излучения - или изменением радиальной ориентации детектора.

Пример: наклонная зеркальная поверхность.

Геометрия поляриметрического детектора относительно наклонной поверхности.^[1]

Определение четырех компонентов Стокса в фиксированной основа:

${\displaystyle \left[{\begin{array}{c}I\\Q\\U\\V\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c}|E_{v}|^{2}+|E_{h}|^{2}\\|E_{v}|^{2}-|E_{h}|^{2}\\2\operatorname {Re} \left\langle E_{v}E_{h}^{*}\right\rangle \\2\operatorname {Im} \left\langle E_{v}E_{h}^{*}\right\rangle \end{array}}\right],}$

куда E_v и E_час являются электрическое поле компоненты в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно. Определения координатные базы произвольны и зависят от ориентации инструмента. В случае Уравнения Френеля, основания определяются в терминах поверхности, при этом горизонталь параллельна поверхности, а вертикаль - плоскости. перпендикуляр на поверхность.

Когда основания повернуты на 45 градусов вокруг оси обзора, определение третьего компонента Стокса становится эквивалентным.^{[сомнительный ][требуется разъяснение ]} к второму, это разница в напряженности поля между горизонтальной и вертикальной поляризациями. Таким образом, если инструмент повернут из плоскости относительно поверхности, на которую он смотрит, это вызовет сигнал. Геометрия проиллюстрирована на рисунке выше: ${\displaystyle \theta }$ угол обзора прибора относительно надира, ${\displaystyle \theta _{\mathrm {eff} }}$ - угол обзора относительно нормали к поверхности и ${\displaystyle \alpha }$ - это угол между осями поляризации, определяемыми прибором, и осями, определяемыми уравнениями Френеля, то есть поверхностью.

В идеале в поляриметрический радиометр Оси поляризации, особенно спутника, совмещены с поверхностью Земли, поэтому направление взгляда инструмента определяется с помощью следующего вектора:

${\displaystyle \mathbf {\hat {v}} =(\sin \theta ,~0,~\cos \theta ).}$

Определим наклон поверхности через вектор нормали, ${\displaystyle \mathbf {\hat {n}} }$, который можно вычислить несколькими способами. Используя угловой наклон и азимут, получаем:

${\displaystyle \mathbf {\hat {n}} =(\cos \psi \sin \mu ,~\sin \psi \cos \mu ,~\cos \mu ),}$

куда ${\displaystyle \mu }$ это наклон и ${\displaystyle \psi }$ - азимут относительно обзора инструмента. Эффективный угол обзора можно рассчитать с помощью скалярного произведения двух векторов:

${\displaystyle \theta _{\mathrm {eff} }=\cos ^{-1}(\mathbf {\hat {n}} \cdot \mathbf {\hat {v}} ),}$

из которого мы вычисляем коэффициенты отражения, а угол плоскости поляризации может быть вычислен с помощью перекрестных произведений:

${\displaystyle \alpha =\mathrm {sgn} (\mathbf {\hat {n}} \cdot \mathbf {\hat {j}} )\cos ^{-1}\left({\frac {\mathbf {\hat {j}} \cdot \mathbf {\hat {n}} \times \mathbf {\hat {v}} }{|\mathbf {\hat {n}} \times \mathbf {\hat {v}} |}}\right),}$

куда ${\displaystyle \mathbf {\hat {j}} }$ - единичный вектор, определяющий ось y.^[1]

Угол, ${\displaystyle \alpha }$, определяет вращение осей поляризации между осями, определенными для уравнений Френеля, и осями детектора. Его можно использовать для корректировки поляризационного смешения, вызванного вращением детектора, или для предсказания того, что детектор «видит», особенно в третьей стоксовой компоненте. Видеть Параметры Стокса # Отношение к эллипсу поляризации.

Применение: данные радиометрии самолета.

В Pol-Ice 2007 кампания включала измерений более морской лед и открытая вода от полностью поляриметрического, установленного на самолете, L-диапазона (1,4 ГГц) радиометр.^[1] Поскольку радиометр крепился к самолету, изменения в отношение самолета эквивалентны изменениям уклона поверхности. Более того, излучательная способность над спокойной водой и, в меньшей степени, над морским льдом, можно эффективно смоделировать с помощью Уравнения Френеля. Таким образом, это отличный источник данных для проверки идей, обсужденных в предыдущем разделе. В частности, кампания включала как циркулярные, так и зигзагообразный пролеты, которые вызовут сильное перемешивание параметров Стокса.

Исправление или удаление неверных данных

Без фильтрации.

Все точки со значительным поляризационным смешением удалены.^[2]

Сравнение данных радиометрии самолета над водой с моделью коэффициента излучения на основе Уравнения Френеля.

Для проверки калибровки радиометра EMIRAD II^[3] Используемые в кампании Pol-Ice измерения на открытой воде сравнивались с результатами модели, основанной на уравнениях Френеля.^[2] Первый график, на котором сравниваются измеренные данные с моделью, показывает, что вертикально поляризованный канал слишком высок, но что более важно в этом контексте, это размытые точки между относительно чистой функцией для измеренных вертикальных и горизонтальных точек. яркостная температура как функция угол обзора. Это результат поляризационного смешения, вызванного изменением положения самолета, особенно угол крена. Поскольку существует множество точек данных, вместо того, чтобы исправлять неверные данные, авторы просто исключают точки, для которых угол, ${\displaystyle \alpha }$, слишком большой. Результат показан справа.

Предсказание U

Зависимость е_U по уклону поверхности и азимутальному углу для показатель преломления 2 и номинальный угол наведения инструмента 45 градусов.^[1]

Смоделированный U по сравнению с полевыми данными Pol-Ice для кругового пролета над морским льдом.^[1]

Многие из сияние измерения над морским льдом включали большие сигналы в третьей компоненте Стокса, U. Оказывается, что это можно предсказать с довольно высокой точностью, просто исходя из положения самолета. Мы используем следующую модель коэффициента излучения в U:

${\displaystyle e_{U}={\sqrt {e_{v}^{2}-e_{h}^{2}}}\sin(2\alpha )}$

куда е_час и е_v - коэффициенты излучения, рассчитанные с помощью уравнения Френеля или аналогичных уравнений, и е_U излучательная способность в U-то есть, ${\displaystyle U=e_{U}T}$, куда Т - физическая температура - для повернутых осей поляризации. На графике ниже показана зависимость от уклона поверхности и азимут угол для показатель преломления из 2 (обычное значение для морского льда^[4]) и номинальным углом наведения инструмента 45 градусов. Используя ту же модель, мы можем смоделировать U-компонента вектора Стокса для радиометра.

Смотрите также

• Скремблирование поляризации
• Параметры Стокса

Рекомендации

1. Г. Хейгстер; С. Хендрикс; Л. Калешке; Н. Маасс; и другие. (2009). Радиометрия в L-диапазоне для приложений с морским льдом (Технический отчет). Институт физики окружающей среды Бременского университета. Контракт ESA / ESTEC № 21130/08 / NL / EL.
2. Миллс, Питер; Хейгстер, Георг (2011). «Моделирование коэффициента излучения морского льда в L-диапазоне и применение к полевым данным кампании Pol-Ice» (PDF). IEEE Transactions по наукам о Земле и дистанционному зондированию. 49 (в печати): 612. Bibcode:2011ITGRS..49..612M. Дои:10.1109 / TGRS.2010.2060729. S2CID  20981849.
3. Н. Скоу; С. С. Собьярг и Дж. Баллинг (2007). EMIRAD-2 и его использование в кампаниях CoSMOS (Технический отчет). Секция электромагнитных систем Датского национального космического центра, Технический университет Дании. Контракт ESTEC № 18924/05 / NL / FF.
4. М. Р. Вант; Р. О. Рамсайер и В. Макиос (1978). «Комплексная диэлектрическая проницаемость морского льда на частотах 0,1-4,0 ГГц». Журнал прикладной физики. 49 (3): 1246–1280. Bibcode:1978JAP .... 49.1264V. Дои:10.1063/1.325018.