مزج الاستقطاب

في علم البصريات ، يشير خلط الاستقطاب إلى التغيرات في القوة النسبية لمعاملات ستوكس الناتجة عن الانعكاس أو التشتت - انظر نقل الإشعاع المتجه - أو عن طريق التغيرات في التوجه القطري للكاشف.

تعريف مكونات ستوكس الأربعة، على أساس ثابت :

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

حيث يُمثل E _{_v} و E_{_h مركبتي} المجال الكهربائي في الاتجاهين الرأسي والأفقي على التوالي. وتُعدّ تعريفات قواعد الإحداثيات اعتباطية وتعتمد على اتجاه الجهاز. في حالة معادلات فرينل ، تُعرّف القواعد بدلالة السطح، حيث يكون الاتجاه الأفقي موازيًا للسطح، والاتجاه الرأسي في مستوى عمودي عليه.

عند تدوير القواعد بزاوية 45 درجة حول محور الرؤية، يصبح تعريف مُركِّب ستوكس الثالث مُكافئًا لتعريف المُركِّب الثاني، أي الفرق في شدة المجال بين الاستقطابين الأفقي والرأسي. وبالتالي، إذا تم تدوير الجهاز خارج مستوى السطح الذي ينظر إليه، فسينتج عن ذلك إشارة. يوضح الشكل أعلاه الشكل الهندسي.${\displaystyle \theta }$هي زاوية رؤية الجهاز بالنسبة إلى نقطة النظير (النقطة السمتية).${\displaystyle \theta _{\mathrm {eff} }}$هي زاوية الرؤية بالنسبة للعمود المقام على السطح و${\displaystyle \alpha }$هي الزاوية بين محاور الاستقطاب المحددة بواسطة الجهاز وتلك المحددة بواسطة معادلات فريسنل، أي السطح.

في الوضع الأمثل، في مقياس الإشعاع الاستقطابي ، وخاصةً المثبت على الأقمار الصناعية، تكون محاور الاستقطاب متوافقة مع سطح الأرض، لذلك نحدد اتجاه رؤية الجهاز باستخدام المتجه التالي:

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

نُعرّف ميل السطح بدلالة متجه الوحدة العمودي،${\displaystyle \mathbf {\hat {n}} }$والتي يمكن حسابها بعدة طرق. باستخدام الميل الزاوي والسمت، تصبح:

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

أين${\displaystyle \mu }$هو الميل و${\displaystyle \psi }$يمثل السمت بالنسبة لزاوية رؤية الجهاز. ويمكن حساب زاوية الرؤية الفعالة عن طريق الضرب النقطي بين المتجهين:

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

ومنها نحسب معاملات الانعكاس، بينما يمكن حساب زاوية مستوى الاستقطاب باستخدام الضرب الاتجاهي:

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

أين${\displaystyle \mathbf {\hat {j}} }$هو متجه الوحدة الذي يحدد المحور الصادي. ^{[ 1 ]}

الزاوية،${\displaystyle \alpha }$يُحدد هذا المعامل دوران محاور الاستقطاب بين تلك المُحددة في معادلات فرينل وتلك الخاصة بالكاشف. يُمكن استخدامه لتصحيح تداخل الاستقطاب الناتج عن دوران الكاشف، أو للتنبؤ بما "يراه" الكاشف، خاصةً في مُركبة ستوكس الثالثة. انظر: معاملات ستوكس#العلاقة بقطع ناقص الاستقطاب .

شملت حملة Pol-Ice 2007 قياسات فوق الجليد البحري والمياه المفتوحة باستخدام مقياس إشعاعي  كامل الاستقطاب، مثبت على طائرة، يعمل بنطاق L (1.4 جيجاهرتز) . ^{[ 1 ]} ولأن مقياس الإشعاع كان مثبتًا على الطائرة، فإن تغيرات وضعية الطائرة تُعادل تغيرات في ميل السطح. علاوة على ذلك، يمكن نمذجة الانبعاثية فوق المياه الهادئة، وبدرجة أقل فوق الجليد البحري، بفعالية باستخدام معادلات فرينل . لذا، يُعد هذا مصدرًا ممتازًا للبيانات لاختبار الأفكار التي نوقشت في القسم السابق. على وجه الخصوص، تضمنت الحملة طلعات جوية دائرية ومتعرجة، مما يُنتج مزجًا قويًا في معاملات ستوكس.

تصحيح أو إزالة البيانات الخاطئة

بدون تصفية.

تمت إزالة جميع النقاط التي تحتوي على مزج استقطابي كبير. ^{[ 2 ]}

مقارنة بيانات قياس الإشعاع الجوي فوق الماء مع نموذج الانبعاثية القائم على معادلات فرينل .

لاختبار معايرة مقياس الإشعاع EMIRAD II ^{[ 3 ]} المستخدم في حملة Pol-Ice، قورنت القياسات فوق المياه المفتوحة بنتائج نموذجية مبنية على معادلات فرينل. ^{[ 2 ]} يُظهر الرسم البياني الأول، الذي يقارن البيانات المقاسة بالنموذج، أن القناة المستقطبة رأسيًا مرتفعة جدًا، ولكن الأهم في هذا السياق هو النقاط المشوشة بين المنحنى الواضح نسبيًا لدرجة حرارة السطوع الرأسية والأفقية المقاسة كدالة لزاوية الرؤية . هذه النقاط ناتجة عن اختلاط الاستقطاب بسبب تغيرات في وضعية الطائرة، وخاصة زاوية الدوران . نظرًا لوجود العديد من نقاط البيانات، وبدلًا من تصحيح البيانات غير الصحيحة، استبعد الباحثون ببساطة النقاط التي تكون فيها الزاوية${\displaystyle \alpha }$، كبير جدًا. تظهر النتيجة في أقصى اليمين.

توقع U

اعتماد e _U على ميل السطح وزاوية السمت لمعامل انكسار 2 وزاوية توجيه اسمية للجهاز تبلغ 45 درجة. ^{[ 1 ]}

بيانات نموذجية لمجال U مقابل Pol-Ice لرحلة جوية دائرية فوق الجليد البحري. ^{[ 1 ]}

تضمنت العديد من قياسات الإشعاع فوق الجليد البحري إشارات قوية في مُركِّبة ستوكس الثالثة، U. واتضح أنه يمكن التنبؤ بهذه الإشارات بدقة عالية نسبيًا بمجرد معرفة وضعية الطائرة. نستخدم النموذج التالي لحساب الانبعاثية في U :

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

حيث يمثل كل من e _h و e _v معاملات الانبعاثية المحسوبة باستخدام معادلات فرينل أو معادلات مماثلة، و e _U هو معامل الانبعاثية في U — أي${\displaystyle U=e_{U}T}$حيث T هي درجة الحرارة الفيزيائية - لمحاور الاستقطاب المُدارة. يُظهر الرسم البياني أدناه اعتماد معامل الانكسار على ميل السطح وزاوية السمت عند معامل انكسار 2 (قيمة شائعة للجليد البحري ^{[ 4 ]} ) وزاوية توجيه اسمية للجهاز تبلغ 45 درجة. باستخدام النموذج نفسه، يُمكننا محاكاة المركبة U لمتجه ستوكس الخاص بجهاز قياس الإشعاع.

• تشويش الاستقطاب
• معلمات ستوكس