顺序数据同化的Bayes滤波框架

数据同化是在动力学模型的运行过程中不断融合新的观测信息的方法论,Bayes理论是数据同化的基石.从原理、方法和符号系统为Bayes滤波在数据同化中的应用勾勒一个统一的框架.首先对连续数据同化和顺序数据同化的各种方法做了分类,然后给出了非线性系统顺序数据同化的Bayes递推滤波形式,并在此基础上介绍了典型的顺序数据同化方法--粒子滤波和集合Kalman滤波.粒子滤波实质上是一种基于递推Bayes估计和Monte Carlo模拟的滤波方法,而集合Kalman滤波相当于一种权值相等的粒子滤波.Bayes滤波理论为顺序数据同化提供了更广义的理论框架,从基础的数学理论上揭示了数据同化的基本原理.     

不同滤波方法对GRACE反演西南岩溶区陆地水储量变化的影响

不同滤波方法反演陆地水储量变化的结果不同,但目前关于西南岩溶区的不同滤波方法之间的对比研究相对较少.利用Gauss 200 km、Fan 200 km、Han 200 km和DDK4四种滤波方法反演了西南岩溶区的陆地水储量变化,并采用尺度因子进行了校正.在空间分布上,Han和Fan滤波较Gauss滤波更为平滑,但损失的真实信号更多,Han滤波损失最为严重;DDK滤波在进行南北向滤波的同时更能保持原始信号的量级和形状.在时间序列上,4种滤波的陆地水储量距平（TWSA）年趋势分别为8.64、8.77、9.05和9.39 mm/a,周年振幅分别为90.19、94.47、112.92和89.34.不同滤波反演的陆地水储量变化的空间分布差异较大;4种滤波的周年相位差别不大,且由于尺度因子的影响,校正后的陆地水储量距平振幅大小顺序为Han > Fan > Gauss > DDK.对于研究区的陆地水储量变化反演,Fan滤波和DDK滤波较好.      

非线性滤波方法与陆面数据同化

陆面数据同化研究近几年成为地球科学研究的新兴领域,其中以非线性滤波为代表的数据同化方法发展迅速并得到了广泛应用。在贝叶斯理论框架内,从递推贝叶斯估计理论的角度系统地分析了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、集合卡尔曼滤波、SIR粒子滤波等非线性滤波方法的异同;针对应用比较广泛的集合卡尔曼滤波和SIR粒子滤波应用中存在的问题,论述了几种提高滤波性能的实用方法,如协方差矩阵的Localization方法、协方差矩阵的Inflation方法、双集合卡尔曼滤波方法、扰动集合、扰动大气驱动和模型参数、平方根集合卡尔曼滤波以及粒子滤波算法的改进等。最后总结讨论了各种非线性滤波方法应用中的特点、难点以及各种算法在陆面数据同化中的应用前景和发展方向。     

位场数据小子域滤波法处理效果对比与优选

重磁位场数据处理解释的主要任务之一是研究推断地质体的边界位置,而通过对重磁位场数据进行一定方法滤波处理后的相关图件可直观显示地质体的边界。小子域滤波法是众多滤波方法中的一种,前人利用小子域滤波法识别地质体边界位置有较多的研究,目前已有10种类型的小子域滤波法,但是鲜有对10种方法滤波效果的系统研究,给使用者带来诸多不便。因此,设计2组理论模型对比了10种方法的处理效果,并根据试验分析优选了最佳的滤波参数。理论模型与实际资料处理结果表明,滑动形子域滤波法对地质体边界增强的效果最好,且滤波窗口选择5×5数据点、迭代1次即可;对称形子域滤波法在滤除随机噪声的同时能够较好的保持原始异常场的梯度变化特征,滤波窗口选择5×5数据点、迭代2次较好。     

重磁数据的线性滤波与反演失真问题

文中对国内研制的4种主要线性滤波方法进行了对比分析。选出一种具代表性的滤波方法,用计算机模拟观测场,探讨了在复杂干扰下重磁异常因滤波引起的失真,并就重磁异常在因滤波而引起失真的情况下如何反演解释,提出了可行的办法和建议。     

非局部均值滤波在重力异常数据处理中的应用

根据小子域滤波原理,小子域滤波产生异常边界扭曲主要表现为高频干扰,提出小子域滤波与非局部均值滤波联合的方法以克服小子域滤波存在的异常边界扭曲问题。利用小子域滤波良好的边界增强能力和非局部均值滤波高频细节保护能力,在压制小子域滤波缺陷的同时尽可能保护小子域滤波的边界增强效果。通过模拟计算和莱州湾海域实测重力数据处理表明,本文方法在增强异常边界的同时压制小子域滤波产生的边界扭曲效应,获得了更好的重力异常处理效果。与单一小子域滤波相比,本文方法不需要考虑异常边界形态,具有更强的稳定性和普适性。     

基于分类思想的高密度数据去噪方法研究

这里参照图像去噪方法[1～4],提出了一种基于噪声分类的自适应混合滤波去噪方法。由于传统均值滤波[5]和中值滤波[6]对高斯型噪声和椒盐型噪声(脉冲噪声)有着不同的滤波特性,而在野外采集的原始高密度数据中,可能同时存在高斯型噪声和椒盐型噪声。因此,单独采用中值滤波或均值滤波都不会达到最好的去噪效果。为了能有效滤除这对二种不同性质的噪声,现提出了一种新的混合滤波算法。该算法首先利用局部阈值把受高斯型噪声污染的数据点和受脉冲型噪声污染的数据点区别开来,然后对前者采用均值滤波算法,而对后者则采用带自适应的改进中值滤波算法进行去除。     

重磁异常的方向维纳串联滤波

本文从频谱分析和最佳线性滤波理论出发,讨论了重磁方向滤波和维纳滤波的应用范围和局限性,提出了重磁异常的方向维纳串联滤波方法,从理论上进行了论证,通过垂直和水平迭加模型试算,对三种滤波结果作了对比和误差分析,讨论了异常交角、埋深、点距、地质体的形态和空间位置对滤波效果的影响,验证了方法的可靠性和适用性。     

基于多结构元素形态滤波的大地电磁去噪

数学形态滤波是根据形态学原理创建的一种新型滤波方法,目前在信号处理的诸多领域得到成功运用。本文从形态滤波的基本原理出发,引入了一种多结构元素组成的滤波器用于大地电磁噪声消除。通过数值模拟展示了多结构元素滤波器的滤波效果,表明多结构元素滤波器在小尺度的范围内也有较好的滤波性能。同时,实测大地电磁信号的重构曲线和其视电阻率曲线显示多结构元素形态滤波对大地电磁噪声中的大尺度干扰噪声,如方波噪声和三角波噪声等,有较好的抑制作用,说明多结构元素形态滤波在大地电磁去噪中有较好的应用价值。     

地球化学数据处理中的框架滤波

地球化学数据处理中的框架滤波方法包括低通滤波和高通滤波两部分。文中着重介绍了框架滤波中的高通滤波方法,包括柯尔莫哥洛夫滤波,以说明这一方法在运用地球化学资料分析控矿构造及成矿预测等方面的作用。本文的末尾示意性地列举了若干应用实例。     

改善地震勘探记录的4项技术

为改善地震勘探记录、提高信噪比,近年来提出了基于混沌理论的混沌振子滤波技术（CVM）、基于多道最小平方原理和CVM的时空域双曲滤波技术（HTDF）、基于时频分析和Wigner-Ville分布的时频峰值滤波技术（TFPF）以及基于独立分量分析（ICA）的多次波消减技术。用CVM技术可以在强随机噪声背景中确定同相轴的时空位置;HTDF是CVM的后续处理,使湮没在噪声中的同相轴显现出来。大量仿真实验和实际资料处理表明,TFPF技术可应用于消减地震记录中的随机噪声。基于ICA的多次波消减技术可确定输出信号的振幅和次序。上述4项技术若应用于实际资料,尚需要分别解决诸如计算时间、辅助性处理、因子振幅谱补频、变时窗技术、处理流程的系统工程等问题。     

地震信号中长周期随机干扰抑制技术的研究

主要提出两种消除数字地震信号中长周期随机干扰的方法窄带低通滤波对消法和自适应高通滤波法.通过使用多级抽点技术大大减少滤波法的运算量,可获得良好的滤波特性.最后对两种方法进行了对比讨论并给出了实验结果.     

两种压制随机噪声的滤波方法对比研究

介绍了f-x-y 域预测滤波方法,提出了基于奇异值分解的三维f-x-y域预测滤波方法。该去噪方法是在奇异值分解滤波的基础上进行f-x-y域预测滤波,从而实现频率空间的预测滤波。2种滤波方法详细的对比研究及理论模型试算的结果表明,该方法较f-x-y域预测滤波能更好地提高地震资料的信噪比,并有更高的保真度。     

稳定有效的反Q滤波方法

反Q滤波是补偿大地吸收衰减有效方法之一,其稳定性和有效性是反Q滤波的前提条件.笔者研究了一种稳定的反Q滤波方法,并通过理论模型和实际数据与传统的增益限制反Q滤波方法进行了对比.结果表明:稳定反Q滤波更好地恢复了衰减的地震信号,并自动限制了对噪声的过渡放大.同时,还分析了噪声和增益限制因子G_(lim)对稳定反Q滤波的影响.     

VSP波场分离的径向中值滤波方法

在VSP资料中,中值滤波法是一种简单有效的波场分离方法,主要适用于简单线性波场分离。提出并实现的径向中值滤波方法,除具有常规中值滤波方法的优势外,对具有发散状多方向线性同相轴轨迹的干扰波场,其波场分解可一次完成。通过井中地震(VSP)实例测试表明,该方法能够更有效地分离VSP上下行波场,以及P波和P-SV波分解,且在压制面波或提取面波处理方面具有潜在的应用前景。      

基于组合滤波的矿集区大地电磁信号去噪

针对矿集区大地电磁(MT)信号受环境噪声和人文噪声污染严重的问题,提出一种结合了经验模态分解(EMD)和数学形态学滤波的组合滤波方法,对矿集区大地电磁信号的时域信号进行滤波处理。介绍了方法原理和计算步骤,评估了该方法的去噪效果;在与小波变换去噪效果对比的基础上,用仿真实验验证了方法的可靠性,并对某矿集区的实测数据进行了去噪处理。结果表明,组合滤波方法充分利用了EMD多尺度分解及其可重构特性和数学形态学滤波方法的优点,在滤除噪声的同时为MT信号尽可能多地保留了有用信息。去噪后,估算的响应曲线方差减小到原来的一半,为进一步正确资料处理和地质解释提供了保障。     

自相关滤波法提取重磁场中弱异常

在每条测线内自动寻找剩余局部异常最大点处的观测值, 将其作为参考模型, 并沿整条测线进行滑动自相关处理, 对重磁异常处理中的自相关滤波因子进行了改造。理论模型研究表明, 改造后的滤波结果中零等值线能较好的划分异常边界, 对横向叠加异常的分辨能力很强, 能够提取常规方法很难识别的弱异常。对滤波窗口的研究表明, 自相关半径选择3～6个网格节点距为佳。利用改造后的自相关滤波因子进行实际资料处理, 发现了新的找矿远景区。