利用余弦变换的重力梯度Parker正演方法及其应用

为获得高精度重力梯度数据,实现基准梯度数据库精确快速构建,研究利用数字高程模型正演重力梯度的频率域快速计算方法,推导出基于余弦变换的Parker正演重力梯度理论公式。数值试验结果表明,余弦变换频率域正演方法平均绝对误差可达到0.5 E左右精度要求,与傅里叶变换正演方法相比误差可减小3 dB左右,与棱柱法等空间域正演方法相比,该方法计算规模小,速度优势明显。     

基于压缩感知的地磁数据分频压缩与重构方法

构建高精度导航所用的地磁数据库时,需要对大量数据进行压缩。为保留必要的高频细节特征信息,提出一种基于压缩感知理论的数据分频压缩及联合重构方法。在余弦变换频域中对数据进行分频压缩编码,在数据重构算法中引入压缩感知理论。利用局部余弦变换系数作为线性测量观测值,通过解决小波变换域l1范数和时域稀疏梯度全变差正则化的模型,精确重构原始数据高频信息。利用实测地磁数据进行仿真试验的结果表明,仅使用25%的分频压缩采样测量系数,可精确重构原始数据;在相同压缩比下,分频压缩感知重构算法与传统滤波逆变换方法相比具有更高的精度,且峰值信噪比最大可提高5dB左右。     

海底地形高次项对海面重力信息影响分析

为了尽可能利用海面重力数据所含地形相关信息,提升依据重力数据反演海底地形结果质量,选择南中国海为试验海区,详细研讨了频率域不同阶次海底地形正演恢复海面重力异常和重力异常垂直梯度在不同海底地形环境下的影响。数值分析试验结果表明,一次项海底地形正演结果对重力信息贡献起主要作用,随着海底地形阶次的增加,相应阶次海底地形正演海面重力信息的幅度不断减弱;海底地形起伏剧烈且起伏幅度较大海区,高阶次海面重力异常和重力异常垂直梯度变化明显,而地形平坦海区正演的海面重力信息变化微弱;重力异常垂直梯度相比重力异常对海底地形高频部分更加敏感,在试验海区依据海面重力数据反演海底地形过程中,若输入数据源为重力异常,建议顾及至二次项海底地形,若输入数据源为重力异常垂直梯度,建议顾及至三次项或者四次项海底地形,从而尽可能利用海面重力数据所包含信息。     

基于压缩感知的地磁数据分频压缩与重构方法EI北大核心CSCD

构建高精度导航所用的地磁数据库时,需要对大量数据进行压缩。为保留必要的高频细节特征信息,提出一种基于压缩感知理论的数据分频压缩及联合重构方法。在余弦变换频域中对数据进行分频压缩编码,在数据重构算法中引入压缩感知理论。利用局部余弦变换系数作为线性测量观测值,通过解决小波变换域l1范数和时域稀疏梯度全变差正则化的模型,精确重构原始数据高频信息。利用实测地磁数据进行仿真试验的结果表明,仅使用25%的分频压缩采样测量系数,可精确重构原始数据;在相同压缩比下,分频压缩感知重构算法与传统滤波逆变换方法相比具有更高的精度,且峰值信噪比最大可提高5dB左右。     

磁异常探测中磁场矢量导数快速计算方法

针对计算磁位高阶导数常用的频率域快速傅立叶变换方法在实际应用中存在边界效应的问题,提出了分别在x和y方向上移相π/2二维余弦变换定义及其时域微分定理,推导出了磁场矢量分量的导数计算公式,并将其应用于方向解析信号的磁异常边界识别方法。通过棱柱体源磁场理论数据对比分析,验证了基于余弦变换计算磁位高阶导数的方法在不需要扩边或滤波处理、未增加额外处理数据和算法复杂度的前提下,可避免或减小边界效应,算法稳定性更好,计算结果精度更高。     

航空重力数据向下延拓的迭代Tikhonov正则化法

根据观测面和延拓面测量数据的Poisson积分平面近似关系,结合快速傅立叶变换算法,将向下延拓转换到频率域进行计算,并采用迭代Tikhonov正则化方法,克服计算的不稳定性,提高计算结果的精度,实现了航空重力测量数据的向下延拓。最后采用模拟航空重力测量数据验证了该算法的有效性,取得了较好的延拓结果。     

利用重力异常数据构建重力梯度场的方法比较

为实现大范围、高精度基准重力梯度数据库的构建,考虑到重力梯度场对地形质量的敏感效应,一般利用恒密度数字高程模型来求取重力梯度值,从而忽略了地形密度变化以及水准面以下密度异常对重力梯度的影响。根据重力位理论中求解边值问题的数值应用方法,直接利用重力异常数据求取重力梯度场,弥补了密度变化和密度异常在重力梯度上的反映。根据模型算例和实测重力异常数据求取了剖面重力梯度值,结果表明,限于重力数据空间分辨率的影响,利用重力异常数据可恢复中长波段重力梯度场。该方法与地形数据求取重力梯度和卫星重力梯度测量等方法技术相结合,对重力梯度数据库的建设具有实际应用价值。     

利用重力梯度估计海底地形

利用重力异常估计海底地形目前是获取全球海底地形的主要方法.论文对利用重力梯度(在短波波段它比重力异常对地形更加敏感)估计海底地形的方法进行了研究.论文设计了频域和空间域两种估计方法,并利用卫星测高推导的垂向重力梯度数据对这两种方法进行了测试.     

Moho面扰动重力梯度信息的提取

在运用重力和重力梯度资料反演Moho面时,关键步骤之一即是从原始测量信号精确提取只包含该层面单一密度信息的扰动(异常)值。本文主要工作有:1为减小GEMMA Moho团队的点质量模型计算误差而采用正演精度更高的空间域Tesseroid单元体和频谱域球谐分析与综合方法,并对这两种方法进行了结果对比;2如何合理利用地壳先验模型资料。本文中最后提供了基于GOCO03S模型可以用于后续Moho面反演的重力梯度主对角线分量的全球扰动值,并对所有试验数据进行了讨论和分析。     

采用重力异常的导纳理论推估海底地形

系统探讨了采用重力异常的导纳理论推估海底地形的方法。在频率域内对海底地形和重力异常的相关性进行了分析,确定在20~300 km波段内两者相关系数最高,适合通过重力异常反演。以皇帝海山链为例,分别采用未补偿导纳模型和顾及挠曲补偿的导纳模型开展研究,其中涉及的地壳厚度和有效弹性厚度等参数通过均衡响应函数法得到。引入余弦低通滤波器,有效地解决了向下延拓过程中产生的高频震荡问题。算例结果表明,采用重力异常的导纳理论能够有效地反演海底地形,结果真实可靠,反演模型的相对精度在6%左右,与ETOPO1模型相当,且能够刻画出ETOPO1模型中未显现的地形细节。由于地形变化剧烈,反演模型在海山链沿线附近精度不甚理想。     

基于非下采样Contourlet变换的遥感影像融合

根据非下采样Contourlet变换的特点,提出一种基于非下采样Contourlet变换和IHS变换相结合的遥感影像融合方法.该方法首先对金色影像和多光谱影像经IHS变换后的I分量分别进行非下采样Contourlet 变换;然后采取不同的融合策略分别对高低频系数进行融合:低频系数采用区域能量加权的方法进行融合,高频系数则利用八邻域梯度优先的原则进行融合;最后通过非下采样Contourlet逆变换和IHS逆变换得到融合影像.实验结果表明,该方法在提高融合影像空间分辨率的同时,能更好地保持影像的光谱质量.     

基于区域统计特性的IHS-小波遥感影像融合

在遥感影像融合过程中,为了更好地避免经典IHS算法造成的光谱扭曲,文章提出了一种基于统计特性的IHS和提升小波结合的影像融合方法。该方法对小波变换后的1分量和高分辨率影像的高频和低频系数,根据不同的区域统计特性分别选取不同的融合策略进行融合,然后进行小波逆变换和色彩空间转化,得到融合影像。实验表明,此方法与IHS变换、高通滤波法和小波变换等传统算法相比,在提高多光谱影像空间分辨率的同时,能更好地保持影像的光谱质量。     

On the accuracy of modified Stokes's integration in high-frequency gravimetric geoid determination

 Two numerical techniques are used in recent regional high-frequency geoid computations in Canada: discrete numerical integration and fast Fourier transform. These two techniques have been tested for their numerical accuracy using a synthetic gravity field. The synthetic field was generated by artificially extending the EGM96 spherical harmonic coefficients to degree 2160, which is commensurate with the regular 5^′ geographical grid used in Canada. This field was used to generate self-consistent sets of synthetic gravity anomalies and synthetic geoid heights with different degree variance spectra, which were used as control on the numerical geoid computation techniques. Both the discrete integration and the fast Fourier transform were applied within a 6^∘ spherical cap centered at each computation point. The effect of the gravity data outside the spherical cap was computed using the spheroidal Molodenskij approach. Comparisons of these geoid solutions with the synthetic geoid heights over western Canada indicate that the high-frequency geoid can be computed with an accuracy of approximately 1 cm using the modified Stokes technique, with discrete numerical integration giving a slightly, though not significantly, better result than fast Fourier transform. Received: 2 November 1999 / Accepted: 11 July 2000     

基于EIGEN-CG03C地球重力场模型的GPS高程转换算法研究

针对地形起伏较大地区纯粹采用数值逼近方法进行GPS高程转换精度不高的事实,提出了一种在"移去-拟合-恢复"思路的基础上,综合利用EIGEN-CG03C地球重力场模型和数值逼近算法进行GPS高程转换的方法。通过某隧道实例验证了该方法的有效性和实用性,证实该方法在地形起伏较大的重山区能够达到较高的精度。     

基于MapX控件技术的自动化重力粗差探测

重力数据作为研究地球重力场的基础数据,应用十分广泛,其数据质量的优劣直接影响着应用结果的好坏,本文介绍了布格异常重力粗差探测方法,利用数据库和Map X控件技术实现自动化粗差探测,采用粗差剔除后的重力数据得到了我国高精度的垂线偏差、高程异常模型,证明了该方法的正确性。     

莫洛金斯基问题的准格林函数解

本文给出了一种全新的求解似地球表面简单莫洛金斯基问题的方法－准格林函数法。     

重力数据分辨率对GPS/重力边值问题的影响研究

以GPS/重力边值问题为基本数学模型,利用不同分辨率扰动重力数据分别模拟了对GPS/重力边值问题的影响。数值模拟结果表明,数据分辨率与结果精度有密切联系,在丘陵地区,当数据分辨率在2 km时,可以满足cm级似大地水准面的要求,同时提出了一些现实可行的建议。     

一种基于小波变换的图像融合方法

针对传统基于方向对比度的小波变换融合方法所得结果局部区域清晰度不高的问题,本文在高低频分量的处理方法上作了改进,采用Tenunbaum梯度辅助增强图像的细节信息。试验结果表明,该方法所得融合结果边缘细节更清晰,信息量更大,融合效果较好。     

Preprocessing of gravity gradients at the GOCE high-level processing facility

One of the products derived from the gravity field and steady-state ocean circulation explorer (GOCE) observations are the gravity gradients. These gravity gradients are provided in the gradiometer reference frame (GRF) and are calibrated in-flight using satellite shaking and star sensor data. To use these gravity gradients for application in Earth scienes and gravity field analysis, additional preprocessing needs to be done, including corrections for temporal gravity field signals to isolate the static gravity field part, screening for outliers, calibration by comparison with existing external gravity field information and error assessment. The temporal gravity gradient corrections consist of tidal and nontidal corrections. These are all generally below the gravity gradient error level, which is predicted to show a 1/f behaviour for low frequencies. In the outlier detection, the 1/f error is compensated for by subtracting a local median from the data, while the data error is assessed using the median absolute deviation. The local median acts as a high-pass filter and it is robust as is the median absolute deviation. Three different methods have been implemented for the calibration of the gravity gradients. All three methods use a high-pass filter to compensate for the 1/f gravity gradient error. The baseline method uses state-of-the-art global gravity field models and the most accurate results are obtained if star sensor misalignments are estimated along with the calibration parameters. A second calibration method uses GOCE GPS data to estimate a low-degree gravity field model as well as gravity gradient scale factors. Both methods allow to estimate gravity gradient scale factors down to the 10⁻³ level. The third calibration method uses high accurate terrestrial gravity data in selected regions to validate the gravity gradient scale factors, focussing on the measurement band. Gravity gradient scale factors may be estimated down to the 10⁻² level with this method.