位场向下延拓的最小曲率方法

针对位场向下延拓的不适定性,我们将位场向下延拓视为向上延拓的反问题,提出以位场最小曲率作为约束条件来求解稳定的下延位场.我们将剖面位场向上延拓表达式用傅里叶矩阵的形式表示,以矩阵乘法形式给出延拓的表达式,同时向待反演的下延位场引入最小曲率约束,得到向下延拓的最小曲率解,并利用正交变换给出了更为简洁的频率域解.随后,利用Kronecker积将上述全部结果拓展至三维位场,给出了三维位场向下延拓的最小曲率解.此外,我们将位场数据的填充、扩充问题与向下延拓问题统筹考虑,提出一种新的向下延拓迭代格式,该算法面向实际资料处理需求、无须预扩充或填补数据.下延迭代时,对原始数据直接向下延拓,而空白部分利用上一次下延位场估计的上延值替代其空白值并对其向下延拓,直至获得最小曲率约束下稳定的向下延拓结果.同时,我们也讨论了利用改进L曲线和广义交叉验证(GCV)计算正则参数最优估计的问题.对理论模型和实际航空重力资料进行了向下延拓检验,处理结果表明位场向下延拓的最小曲率方法解能满足实际位场资料对向下延拓处理的需求,具有较高的下延精度.     

二维位场在有源空间的解析延拓

位场的向下延拓对重、磁等位场资料的处理与解释具有重要意义,但现有的延拓方法在位场向下接近场源时会产生剧烈震荡,计算过程很不稳定,而且理论上都不能越过场源.本文在复数域里定义了一个具有位场和几何双重特性的新函数PFGR,提出了一套新的延拓方法,在理论上实现了位场在包含场源的下半空间里的解析延拓,经过模型试算验证,表明该方法可以延拓越过场源,准确确定场源奇点,计算过程稳定,对测量中的随机噪声也具有较好的抗干扰能力.     

位场向下延拓的法方程Lanczos方法

Lanczos方法是求解对称不定线性方程组的有效方法之一,本文利用Lanczos算法求解位场的向下延拓的方程组,而后利用数值计算检验该算法,发现其延拓结果的均方误差与拟合数据的平均残差范数并非单调递减,并且迭代次数较多的结果是一个不可预测、不确定、随机性的输出.为获稳定近似解,采用Lanczos算法求解与位场向下延拓方程组等价的法方程组,实现了位场向下延拓的法方程Lanczos方法,而后再进行数值计算检验,并将本文提出的位场向下延拓方法与Lanczos方法进行比较,结果表明,位场向下延拓的法方程Lanczos方法是一种抑制噪声能力较强,下延稳定的下延方法,且延拓结果具有均方误差与拟合数据的平均残差范数单调递减的良好特性.     

重力场向下延拓Milne法

重力场向下延拓能够突出局部和浅部的异常信息,分离叠加的异常特征.但是向下延拓通常具有过程不稳定、下延深度小、结果不准确等问题.针对向下延拓所存在的不足,本文利用重力场及其垂向一阶导数,基于辛普森(Simpson)求积公式,推导出重力场向下延拓米尔尼(Milne)公式.将本文向下延拓方法应用于模型数据,向下延拓模型结果及误差曲线表明,相对于向下延拓快速傅里叶变换(FFT)法和积分迭代法,向下延拓Milne法的深度更大,相对误差更小;相对模型值,向下延拓Milne法能够获得稳定且准确的结果.对加拿大乃查科(Nechako)盆地地区实测航空重力数据进行本文方法向下延拓验证,处理结果表明,相对于实测异常,本文方法向下延拓结果能够很好还原实测数据,并且在进一步向下延拓中反映原始异常的趋势,增强局部和细小异常信息.     

位场数据曲化平的迭代法

位场数据曲化平是位场数据处理解释中的重要运算,但是它的计算量和计算的复杂性影响了它在许多处理和解释方法技术中的应用.本文提出一种位场数据曲化平的迭代方法,即通过把位场数据曲化平视为平面位场数据向上延拓的反问题,得到曲化平的线性积分方程,再把曲面上位场数据视为曲面平均高程面上的位场数据,利用向下延拓的波数域广义逆算法把平均高程面上的位场数据向下延拓到设定平面上,再根据曲面和其平均高程面的相对起伏对设定平面上的向下延拓数据进行起伏校正,最后再把所得平面上的位场数据向上延拓得到曲面上的位场数据,并进行迭代.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的曲化平处理均获得了理想的结果.     

基于配置法的局部重力场延拓模型构建与应用分析

在大地坐标系下利用Forsberg局部扰动位协方差模型（即DPM模型）导出了实用的局部重力异常协方差模型（即GAC模型）和局部扰动重力协方差模型（即GDC模型）,两种模型形式完全一致.针对GAC模型,提出了两种模型参数的拟合方法,即按照泊松积分向上延拓获得的不同高度数据进行拟合以及按照测量区域的平面实测数据进行拟合,通过某地区的实测数据检验得出两种参数拟合方法得到的参数值相差不大,这种差别在向上和向下延拓过程中的影响可以忽略.依据本文的算例,GAC模型作为配置法的协方差模型用于延拓时,其向上延拓的精度在1.8×10^－5 m·s^-2左右,向下延拓的精度在5×10^－5 m·s^-2左右,完全满足局部重力场在中等山区的延拓要求.通过对不同高度下GAC模型用于延拓效果的对比,可以得出基于GAC模型的延拓精度随着高度的增加而衰减,在满足测量精度要求下其最大向下延拓高度约为7 km.总体而言,本文推导的GAC模型能够很好地利用地形数据,较好地满足了航空重力测量在局部重力场的延拓要求.     

迭代法与FFT法位场向下延拓效果的比较

将水平观测面上的实测位场值，垂直投影至下部的延拓水平面上，作为该水平面上的位场初始值. 根据该水平面上的初始值，用快速傅里叶变换(FFT)的方法向上延拓计算观测面上的位场值. 用观测面上的实测值与计算值的差值，对延拓面上的位场值进行校正. 如此反复迭代，直至观测面上的实测值与计算值的差值小到可以忽略. 这种空间域的迭代法原理简单，不用解线性代数方程组，有较高的计算速度和良好的延拓效果. 本文用迭代法对模型数据和实际数据进行向下延拓，对比了迭代法与常规的FFT法在位场向下延拓中的效果，迭代法显著优于FFT法.     

位场向下延拓的波数域广义逆算法

位场向下延拓是位场数据处理和反演中的重要运算，但是它的不稳定性影响了它在许多处理和反演方法技术中的应用.本文通过把位场向下延拓视为向上延拓的反问题，得到向下延拓的褶积型线性积分方程，再利用Fourier变换矩阵的正交对称特性，并结合矩阵的奇异值分解和广义逆原理，提出了一种稳定的不需要进行求逆运算的位场向下延拓广义逆方法——波数域广义逆算法，解决了位场大深度向下延拓的不稳定性问题.把这种方法用于三维理论模型数据和实际磁场数据的向下延拓获得了理想的结果.     

位场向下延拓迭代法收敛性分析及稳健向下延拓方法研究

地磁导航作为一种新的无源导航方式,具有重要的国防意义.构建空间地磁数据库是实现地磁导航的基础,位场延拓是解决地磁数据库构建的有效方法.积分-迭代法是一种解决位场大深度向下延拓的实用方法.本文着重对积分-迭代法的收敛性进行了分析,从数学角度证明积分-迭代法能够收敛到直接下延法理论解.同时对积分-迭代法的抗干扰性进行了初步分析,当观测数据含有噪声时,积分-迭代过程中使得噪声得到累加,影响延拓数据的精度.本文利用正则化方法和递增型维纳滤波方法,提出了波数域位场向下延拓新算法.模型检验表明,新算法稳定、抗干扰能力强、计算速度快.     

约束等效源稳定向下延拓方法研究

在等效源向下延拓方法的理论基础上,研究提出加入观测平面以下空间实测数据作为约束的等效源约束向下延拓法,用于二维位场数据向下延拓.与传统的向下延拓方法和等效源法延拓相比,等效源约束向下延拓法抗噪声性强,能延拓出由于延拓深度过大而衰减至难以探测的高频信号,使延拓结果更接近真实值.理论重力模型数据的延拓结果显示该方法有效,延...     

航空重力测量数据向下延拓方法比较

首先介绍了空中重力异常向下延拓的直接代表法、正则化法、点质量法和基于球内Dirichlet问题的调和解法,分析了它们各自的特点.然后利用这些方法对中国大同航空重力测量数据进行向下延拓计算.通过对延拓结果与地面实测数据的比较分析,比较客观地评价了不同延拓方法的计算精度、可靠性及适应性.实际计算结果表明,直接代表法和正则化法的延拓结果具有较高的精度和可靠性,而球内Dirichlet问题调和解法的精度较差.     

三维重磁场“曲化平”的一个方法

本文从勘探地球物理的实际需要和特点出发,探讨了重磁位场解析延拓的数学提法,给出一套较为实用的数值解法。所论述的原理、方法适用于三维空间任意起伏地形条件下的重磁位场曲化平计算,可做“上延拓”计算,也可做“下延拓”计算。在一个比较复杂的理论模型上所做的方法检验表明“上延”和“下延”都取得了较好的效果。     

补偿向下延拓方法研究及应用

位场向下延拓是重、磁处理和解释的常用方法,但其不稳定性限制了其在资料处理及反演中的应用.本文基于补偿圆滑滤波思想以及空间域向下延拓迭代法,通过逐次补偿的办法实现位场的稳定向下延拓.同时,在频率域空间给出了该下延方法的频率域响应因子,并讨论了其低通滤波特性,理论模型和实际位场资料试验表明该方法向下延拓稳定性具有较高的延拓精度.将其应用于重力密度界面反演中,改进反演的稳定性,实际莫霍界面反演表明下延因子具备实用性.     

A stable iterative downward continuation of potential field data

Downward continuation is a useful tool in the processing of potential field data, which can effectively enhance weak anomalies and identify overlap anomalies, but we all know that the computation of downward continuation is unstable, and easily distorts the true feature of potential field data. Because the computation of upward continuation and horizontal derivatives is stable, we proposed using the combination of upward continuation and horizontal derivative to accomplish the downward continuation of potential field data. The proposed method is demonstrated on synthetic potential field data, and the results show that the proposed method can finish the downward continuation of the data stably and precisely, and the precision of the proposed method is higher than the traditional method. We also apply it to real potential field data, and the results show that the proposed method accomplishes the downward continuation of the real data stably.     

Conditionality of inverse solutions to discretised integral equations in geoid modelling from local gravity data

The eigenvalue decomposition technique is used for analysis of conditionality of two alternative solutions for a determination of the geoid from local gravity data. The first solution is based on the standard two-step approach utilising the inverse of the Abel-Poisson integral equation (downward continuation) and consequently the Stokes/Hotine integration (gravity inversion). The second solution is based on a single integral that combines the downward continuation and the gravity inversion in one integral equation. Extreme eigenvalues and corresponding condition numbers of matrix operators are investigated to compare the stability of inverse problems of the above-mentioned computational models. To preserve a dominantly diagonal structure of the matrices for inverse solutions, the horizontal positions of the parameterised solution on the geoid and of data points are identical. The numerical experiments using real data reveal that the direct gravity inversion is numerically more stable than the downward continuation procedure in the two-step approach.