Tikhonov正则化法在重力场最小二乘配置逼近理论中的应用

最小二乘配置法由于其能融合不同种类重力观测数据进行局部重力场逼近的特性而受到广泛关注,但最小二乘配置结果的不稳定严重影响该方法的推广应用。 基于对重力观测量协方差矩阵的谱分解,分析出该协方差矩阵存在病态性,协方差矩阵的求逆过程是信号放大的非平稳过程,微小的观测误差会被协方差矩阵的小奇异值放大,从而导致配置结果的不稳定且精度偏低。 引入 Tikhonov 正则化算法,通过 L 曲线法选择正则化参数,利用正则化参数修正重力观测量协方差矩阵的小奇异值,能抑制其对观测误差的放大影响。 通过以 EGM2008 重力场模型分别计算的山区、丘陵和海域重力异常作为基础数据确定相应区域大地水准面的实验,验证了本文算法的有效性。     

改进的ICP点云配准算法

三维激光点云配准是点云三维建模的关键问题之一。经典的ICP算法对点云初始位置要求较高且配准效率较低,提出了一种改进的ICP点云配准算法。该算法首先利用主成分分析法实现点云的初始配准,获得较好的点云初始位置,然后在经典ICP算法的基础上,采用k-d tree结构实现加速搜索,并利用方向向量夹角阈值去除错误点对,提高算法的效率。实验表明,本算法流程在保证配准精度的前提下,显著提高了配准效率。     

3D正态分布变换在多波束自动校准中的应用

多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式,通过建立联合概率密度函数,采用似然函数建立匹配点云与目标点云之间转换关系。利用Hessian矩阵和梯度向量求最优化转换参数,完成多波束条带的自动校准。本文结合Caris中的人工配准结果,通过对3D-NDT算法匹配效果进行对比分析,验证了文中算法在平坦地区、斜坡区域等多种地形中都取得了更优的匹配效果,为实现多波束自动校准提供了重要的算法依据。     

基于互信息和相关比算法的声呐图像配准

针对互信息算法在配准图像过程中易陷入局部极值的问题,提出了一种新的算法,即将互信息和相关比按一定的标准组合在一起,生成一种新的测度算法,并将该算法应用到了多波束图像和侧扫声呐图像的配准中。该组合算法可以改善互信息测度易陷入局部极值的弊端,稳定性更强。通过实验验证,新的组合算法是准确的,可以较好地实现存在较大畸变的多波束和侧扫声呐图像的配准,配准速度和精度优于互信息算法和相关比算法,新的组合算法是对原有算法的改进和优化。     

基于总体最小二乘自适应切片的点云孔洞修补

针对普通孔洞修补方法在修补复杂曲面的孔洞无效或者所修补的曲面不光滑等缺点,提出基于自适应切片的孔洞修补方法。首先,在考虑点云局部特征的情况下对整体点云进行自适应切片,在得到切片后引入总体最小二乘进行拟合,最后,在线上取点填充缺失的点云。实验结果表明,采用自适应切片法修补孔洞能够顾及到点云的曲率和密度变化,保持点云的局部特征,用总体最小二乘法拟合切片得到的孔洞填充点云精度较高,光滑性好。通过对比常规方法,可以得到基于总体最小二乘自适应切片方法修补效果更优。     

海洋重磁资料的最小二乘平差处理方法

海洋重磁资料的平差处理是海洋重磁资料处理过程中必不可少的环节之一。从最小二乘算法意义下的平差处理基本理论出发,建立起平羞测线网系统交点误差的方程组,给出了方程组系数矩阵的简单求取方法。理论计算和实际资料处理结果表明,该方法不仅原理简单,计算机实现方便,而且经平差处理后的系统交点误差可以达到最小二乘意义下的极小。最后讨论了实际重磁资料平差处理中任意常数的确定问题。     

基于矩阵分解的平差解算方法研究

首先分析了法方程稳定性对平差解算结果的影响。为减弱法方程对平差解算结果的影响,采用矩阵分解方法直接对系数矩阵进行矩阵分解,以求解最小二乘最小范数解替代原来最小二乘的法矩阵求逆运算,从而克服法方程求逆造成的解算稳定性差和病态性问题。实验分析结果表明基于矩阵分解的平差解算精度和可靠性较优。     

关于海域面积精确计算的若干问题探讨

海域面积精确计算是实现海洋功能区划的基础和关键之一。本文通过对江苏省海洋功能区划工作中误差的分析 ,并针对其产生原因 ,在地图投影的选择和坐标的变换、扫描精度的控制、配准精度的控制、图象的数字化和图形编辑等方面 ,提出了相应的优化处理方法 ,提高了海域面积计算的精度 ,将其中误差控制在估计值范围内 ,从而在实际工作中有一定的应用价值。     

基于最小二乘配置法和奇异值截断法向下延拓航空重力数据的仿真研究

基于最小二乘配置法建立的航空重力异常与其相应地面重力异常的协方差函数,由于协方差矩阵严重病态,观测误差被放大从而影响向下延拓结果的稳定性和精度;引入基于 GCV 法选择正则化参数的奇异值截断法后,能抑制协方差矩阵的病态性对观测噪声的放大影响。 基于 EGM2008 重力场模型分别计算陆地和海域的航空重力异常作为基础数据,用本文方法向下延拓获取相应的地面重力异常,实验结果验证该方法的有效性。     

赋双平滑参数的广义补偿最小二乘估计

基于补偿最小二乘法思想,研究推导了半参数模型解算的极小化过程中,在残差和补偿项均赋予平滑参数的广义补偿最小二乘估计解的形式及其均方误差计算公式;模拟算例表明:在这种规则下,不仅可以克服病态性对半参数模型解的影响,而且也可以正确分离系统误差。新规则下,要求赋予的两个平滑参数之和等于1,各平滑参数严格限定在区间(0,1],从而使平滑参数的选择范围得到大幅缩小,为本法的应用提供了有利条件。     

Error analysis of a satellite interferometer navigation system

An orthogonal system of interferometry baselines aboard a geostationary satellite is considered primarily as a global positioning and navigation system. The mathematical model based on the relationship between the measured phase differences, the known transmitter positions, and other systematic error model parameters is derived. A generalized Least‐Squares estimation procedure is used for the solution of the unknown transmitter positions. Study of the effects of the various system and error model parameters on the position accuracy reveals that this accuracy is critically dependent on the baseline length and the magnitude of the random component of the measuring errors. With a 50‐m baseline, the obtainable accuracy at a frequency of 1.5 GHz is comparable to that of the NAVSTAR/ GPS system. Considering the interest and needs of the potential users for a multicapability system, this interferometry system is considered a major improvement over existing and planned navigation systems.     

关于矩阵秩显示双边正交分解RRURVD的应用

矩阵分解是矩阵计算的重要工具。针对整体最小二乘、子集选择、子空间计算等实际问题,通过比较应用ＲＲＵＲＶＤ和ＳＶＤ两种分解方法得到的结果,说明ＲＲＵＲＶＤ是ＳＶＤ的良好替代方法。     

From Discrete Gravity Survey Data to a High-resolution Gravity Field Representation in the Nordic-Baltic Region

The deduction of a regularly spaced gravity anomaly grid from scattered survey data is studied, addressing mainly two aspects: reduction of gravity to anomalies and subsequent interpolation by various methods. The problem is illustrated in a heterogeneous study area and contrasting test areas including mountains, low terrains, and a marine area. Provided with realistic error estimates, Least Squares Collocation interpolation of Residual Terrain Model anomalies yields the highest quality gravity grid. In most cases, the Bouguer reduction and other interpolation methods tested are equally viable. However, spline-based interpolation should be avoided in marine areas with trackwise survey data.     

基于VMD和WinLSP相结合的GNSS-R海平面高度估测模型

全球导航卫星系统反射（Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R）技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理,通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程,建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题,本文提出使用变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）算法替换传统的最小二乘拟合法（Least Squares Fitting, LSF）进行趋势项分量的分离。在此基础上,本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP(Lomb-Scargle Periodogram)频谱分析法（记为WinLSP）来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明,本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差（RMSE）、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+L...     

顾及声速误差的USBL/SINS紧组合导航算法研究

采用水下超短基线定位系统和捷联惯导系统组合对水下潜器进行导航时,未知的声速误差会严重影响组合导航的精度.顾及超短基线定位系统的噪声水平、阵列上接收单元的误差特性以及和捷联惯导系统在导航性能的互补性,基于平面波近似原理,建立了SINS/USBL紧组合系统的状态方程和量测方程,并对未改正的声速误差在线估计,提出一种超短基线...     

圆走航水下静态目标定位斜距值优化算法

针对传统方法计算水下两点之间斜距值不准确的问题,基于声线跟踪算法,提出了以水平距离为约束条件的斜距值优化算法。首先介绍了圆走航单点定位原理,然后给出了新方法的计算原理以及具体的计算步骤,最后设计了仿真实验,将新方法与传统算法进行对比。结果表明,初始入射角在5°以内,传统迭代算法准确度更高,其他入射角范围,新方法准确度更高,表明新方法的适用性更强。     

重力辅助匹配惯性导航系统研究

常规的航位推算方法无法满足水下潜器长时间工作的导航要求,惯导设备的定位误差随时间积累,重力异常数据和重力梯度数据进行匹配辅助导航可以连续的对惯性导航系统积累误差进行校正。 文章介绍了利用重力辅助惯导的思想和原理,对重力辅助惯性导航进行了讨论,建立包含重力异常/ 重力梯度数据的 Kalman 滤波算法,并采用改进的 ICCP 算法对重力异常匹配导航进行了模拟试算,结果表明在现有的技术条件下,重力辅助匹配导航能够胜任水下航行的工作任务,保证长航时的水下定位精度。     

水声定位系统中迭代适应点分层的声线修正算法

水声定位系统中, 声线弯曲是造成定位误差大的主要原因, 本文针对该问题提出了一种迭代适应点分层(IAPL)的声线修正算法, 将声速剖面筛选分层修正声线。首先搭建水声定位模型, 通过拟合目标海域的监测数据, 得到声速高次函数; 其次探究声线弯曲时目标位置与掠射角的关联性, 由此构造出声线插值函数并求解路径参数; 最后提出划分原则, 精简声速剖面分层。仿真结果表明, 所提算法定位误差较低, 分层精简率均维持在48.04%的水平, 使计算量平均下降可达50.27%, 能够最大程度保留声速剖面的原始特征, 减少分层数量, 提高计算效率。     

GNSS-R海面测高算法

研究了GNSS-R海面测高的原理和主要误差源,对测高中的两个关键算法进行了研究,包括利用梯度法直接从实测数据中计算镜点位置,利用非线性回归算法计算相关波形峰值点的位置,并在此基础上研究了散射延迟的问题。     

基于ICP和模拟退火遗传算法的DEM无控匹配

为对DEM进行分析、管理和应用,有必要对DEM匹配技术进行研究。为此,提出一种基于ICP和模拟退火遗传算法的多源DEM无控匹配方法,利用扫描线生成DEM的点云并利用ICP进行粗匹配,并利用模拟退火遗传算法对参数精求解。实验结果表明,算法可以完成多源DEM的无控制匹配,运行效率优于遗传算法,求解精度优于ICP算法。