We present a unified approach for constructing Slepian functions - also known as prolate spheroidal wave functions - on the sphere for arbitrary tensor ranks including scalar, vectorial, and rank 2 tensorial Slepian functions, using spin-weighted spherical harmonics. For the special case of spherical cap regions, we derived commuting operators, allowing for a numerically stable and computationally efficient construction of the spin-weighted spherical-harmonic-based Slepian functions. Linear relationships between the spin-weighted and the classical scalar, vectorial, tensorial, and higher-rank spherical harmonics allow the construction of classical spherical-harmonic-based Slepian functions from their spin-weighted counterparts, effectively rendering the construction of spherical-cap Slepian functions for any tensorial rank a computationally fast and numerically stable task.
翻译:我们提出了一个构建 Slepian 函数的统一方法 — — 也称为 prolate speriod 波函数 — — 在任意高压等级的球场上构建 Slepian 函数, 包括 scalar 、 矢量 、 和 2 级 2 个高压 Slepian 函数, 使用 spin- 重量 球球球口调和 。 对于球帽区域的特殊情况, 我们从中推算通运算操作员, 允许以数字稳定、 计算高效的方式构建旋转重量 球冠 Slepian 函数。 旋转重量 和 古典的 标度、 矢量 、 度 和 高级 球面 协调器之间的线性关系, 允许从其 spin- 重量 的对等方构建基于 经典 球面 的 Slepian 功能, 有效地将 球冠 Slepian 函数的构造变成 快速和 数字稳定的计算任务 。