基于拉格朗日中值定理的航空重力异常向下延拓方法研究

基于拉格朗日中值定理,改进使用重力异常垂直梯度进行重力异常向下延拓的方法,通过重力异常向上延拓后差分以及线性外推,得到更加准确的应用于向下延拓的垂直梯度近似值。首先介绍利用拉格朗日中值定理计算重力异常垂直梯度并进行向下延拓的基本原理,给出进行航空重力向下延拓的基本步骤;然后基于EGM2008全球重力场模型说明重力异常垂直梯度在0～10 000 m的空间范围内在垂向上与高度呈强线性关系,证明进行垂直线性外推的合理性;最后使用EGM2008模型的模拟重力异常在台湾地区进行实验,向下延拓精度达到2.34 mGal,验证方法的可行性与有效性,同时将台湾地区5 156 m高度面上的实测航空重力数据向下延拓到地面的3 360个地面重力观测点,精度达到10.13 mGal。     

捷联式航空重力扰动矢量解算及误差补偿

介绍捷联式航空重力矢量测量的基本原理，利用波数相关滤波（WCF）、比力线性校正的方法对重力扰动的水平和垂向分量进行误差补偿，评定内符合精度。对国产捷联式航空重力矢量仪的某次试验数据进行处理，以验证和评估航空重力矢量仪的性能。结果表明，在半波长分辨率为7.5 km时，6条重复测线的重力扰动水平分量经波数相关滤波处理后，东、北向分量的平均内符合精度分别从9.77 mGal、9.18 mGal提高到5.95 mGal、3.83 mGal；对比力的垂向分量线性校正后，将解算的重力扰动垂向分量再用WCF方法处理，其平均内符合精度从1.27 mGal提高到0.59 mGal。     

基于二维小波自适应阈值的海洋磁场资料去噪方法

构建海洋三维磁空间背景场模型时，解析延拓是实现不同高度磁场数据相互转换的关键。针对向下延拓数据中的高频信息极易被延拓算子放大，并包含在延拓后的磁场资料中，降低了三维磁空间背景场模型的构建精度，引入二维小波自适应阈值去噪方法，在不同小波分解阶层中设定自适应阈值，在向下延拓前去除磁测数据中的高频噪声，改善向下延拓结果。理论模型试验与实例分析表明，在不同噪声条件下，二维小波自适应阈值法可有效提高数据的信噪比，去噪效果优于传统的快速傅里叶（FFT）平滑法，从而有效改善频域迭代向下延拓结果，为三维磁空间背景场模型构建提供基础。     

卫星重力梯度数据的向下延拓

在利用空域法恢复地球重力场时,向下延拓是卫星重力梯度数据预处理必不可少的步骤。将航空重力数据处理中的球内Dirichlet法、泊松积分迭代法、谱方法引入卫星重力梯度数据的向下延拓中,建立了相应的数学模型,解决了传统的球内Dirichlet问题存在的数值矛盾,利用模拟的卫星重力梯度数据对3种方法的向下延拓效果进行了分析和讨论。结果表明：当延拓距离为5 km时,谱方法所获得的延拓结果精度最高,其次为球内Dirichlet法,泊松积分迭代法精度最差;当延拓距离是250 km时,泊松积分迭代法的精度最好,其次为谱方法,球内Dirichlet法的精度最差。     

航空重力梯度数据向下延拓的正则化方法及参数选取研究

围绕航空重力梯度测量数据处理的向下延拓问题,利用不同的正则化算法和参数选取方法对向下延拓的数学模型分别求解。通过梯度数值的模拟,联合EGM2008位系数计算的大地水准面上的重力场参数,对向下延拓结果进行检核。模拟数值计算结果表明,截断奇异值正则化（TSVD）方法结合广义交叉验证（GCV）参数选取方法能够实现稳定的重力场信号向下延拓,精度和稳定性都优于其他几种方法的组合。     

航空重力数据向下延拓的逆泊松积分算法

给出计算航空重力数据延拓的泊松积分公式,通过向上延拓评定航空重力数据的精度。基于逆泊松积分,应用快速傅里叶变换算法和迭代法求解重力异常,进行向下延拓,通过对延拓结果和地面实测数据的比较分析,评价延拓方法的精度,并讨论在向下延拓算法中引入的低通滤波器的选择。实验表明,快速傅里叶变换算法的结果较好。     

基于普通克里金外推的迭代维纳滤波法向下延拓

在利用普通克里金方法外推的基础上，通过频域径向平均功率谱估算噪声方差，采用迭代维纳滤波法获取较为稳定的重力场向下延拓结果，并分别利用模拟算例和实际数据进行实验。对于模拟算例，外推后的均方根误差由6.72 μGal下降到1.89 μGal，相对误差由9.26%下降到4.44%。对于实际数据，外推后延拓结果不仅可避免边缘失真现象，而且能更好地反映浅源高频异常特征信息。     

不同坐标系下航空重力扰动估算比较分析

针对捷联式GNSS/INS组合航空重力测量系统，比较在当地水平坐标系和惯性坐标系下重力扰动的估算方法及精度。结果表明，惯性坐标系下基于加速度更新的卡尔曼滤波方法比当地水平坐标系下基于位置、速度更新的卡尔曼滤波方法模型简捷且重力扰动的估算精度相当，在半波长分辨率为7.5 km时，6条重复测线重力扰动差值的标准差平均分别为1.21 mGal和1.27 mGal；对于相同测线，两种方法计算得到的重力扰动差值的标准差平均为0.65 mGal；两种方法求得的重力扰动中都存在明显的系统误差，将其按时间进行线性补偿后明显减小，测线间的最大差值分别由8.20 mGal、8.19 mGal减小到2.70 mGal、2.54 mGal，平均内符合精度分别从1.21 mGal、1.27 mGal提高到1.06 mGal和1.10 mGal。     

Galileo卫星导航系统初始运行阶段单点定位性能评估与分析

基于多GNSS实验跟踪网（the multi-GNSS experiment,MGEX)的实测数据，对当前Galileo单系统标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）性能进行评估与分析。结果表明：1）Galileo双频标准单点定位的水平精度优于2 m，垂向精度优于4 m；2）GAL-201、GAL-202可用于SPP解算，引入二者之后，平均定位可用率提升10%，达到80%以上；3）当观测时长为3 h时，Galileo静态PPP可达到水平方向优于5 cm、垂向优于7 cm的定位精度；而随着观测时长的增加，其精度逐步提高，当观测时长为24 h时，水平精度优于1 cm，垂向精度优于3 cm。     

多遮挡环境下BDS/GPS组合动态差分处理算法及性能分析

研究BDS/GPS组合载波相位动态差分定位算法，讨论加入BDS后对模糊度固定的影响，针对部分区域有较严重信号遮挡的实测动态数据，分别进行单GPS和BDS/GPS组合解算。结果表明，相比单GPS，加入BDS后增加了共视卫星数目，改善了卫星几何结构，模糊度解算成功率和可靠性得到明显提高。多遮挡环境下测试数据显示，BDS/GPS组合的定位精度远高于单GPS，东向和北向精度优于8 mm、天向为16 mm，而单GPS东向仅为3 cm、北向和天向约8 cm。     

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GPS/BDS分类组合定位的指数加权Helmert方差分量估计法

针对北斗卫星导航系统（BDS）星座结构复杂、不同类型卫星观测值残差差异较大的不利条件，将BDS系统中IGSO、MEO、GEO 3种卫星的观测值进行分类定权，提出一种顾及历史权比的指数加权Helmert方差分量估计法来精确确定不同系统之间观测值的权阵。为了验证该方法在GPS/BDS组合定位中的有效性，采用单点定位模型分别进行静态和动态导航实验，并将其定位结果与等权模型以及不考虑指数加权的Helmert方差分量估计方法进行对比。结果表明，采用改进的加权方法，在东、北、天3个方向的定位精度均获得显著提高，在静态条件下，相对于等权模型，改进方法3个方向的定位精度提高幅度分别达到50.0%、51.0%和42.0%；在动态条件下，定位精度提高幅度分别为10.0%、8.0%和9.0%。特别在卫星数量较少、卫星几何图形强度较差时，定位结果的改善效果更为明显。     

青藏东缘三维Moho界面的位场遗传算法反演

针对波数域中Parker-Oldenburg位场迭代反演方法中存在向下延拓的问题,提出了利用改进的遗传算法进行三维Moho界面反演的位场遗传反演方法。通过模型试算证明了该方法的有效性和稳定性,并利用该方法反演了青藏高原东缘三维Moho界面的分布。     

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用于重力向下延拓的离散化方法

泊松积分通常用于把重力值从地球表面转化到大地水准面(即称之为重力向下延拓)的过程中。由于这是一个反问题，一些数字技术比如将积分离散化为一个线性方程组是必需的。目前，已经提出了两种离散化方案(单点和双重平均)。虽然这两种方案在数学上都是可解的，但用它们处理相同的输入地面重力值时，却得出不同的大地水准面上的重力值。这种差异的产生是由于对泊松核函数的不同离散化方法造成的，而且这一问题尚未引起足够的关注。实际上，数学上的可解性并不能保证得到正确的解。问题在于此方程组是否构成得很好，或者说，离散化是否合理。因而本文研究泊松积分的离散方法。为此目的，本文提出一个单点平均的方案来对泊松积分进行估值。单点平均方案基本上与双点平均方案是相同的，但它在计量上更为简单，因为其计算工作大为减少。比较单点和双点平均方案后表明，对于一个有限的地表网格范围情况，单点离散方案会带来严重的理论问题，因为会相当大地低估大地水准面上的重力值甚至在极端情况时会给出不正确的结果。我们得到，仔细构成离散方程组的系数矩阵比应用单点重力值作为输入远为重要。     

基于GPS观测值研究日本M_W9.0地震震后形变机制

基于GPS观测的震后水平位移对2011年日本MW9.0地震的震后形变特征进行研究。震后近5a(截至2015-12),震后水平位移累积达到东向60~165cm,南向20~65cm,距离震中较远处的G104、G105及J192站点观测到的震后位移累积变化已超过同震位移,且震后形变还在持续。联合震后余滑和粘弹性位错理论模拟震后形变,利用这2种作用机制对震后GPS水平形变进行解释。研究表明,震后余滑在震后形变最初阶段起主要作用,但随着时间增长而逐渐衰减,粘滞性松弛作用的贡献随着时间增长而变大,GPS观测到的震后地表形变可由这2种机制结合得到较合理的解释。利用震后GPS形变模拟估算地震区域的地幔粘滞系数在1.5×1019 Pa·s量级。