GPS重力数据的粒子群算法联合反演断层三维滑动速率

联合反演是解释地球动力问题的有力手段,本文利用近年来发展的新优化算法-粒子群算法结合位错理论模型,比较了模拟数值的联合反演与单一数据反演的结果.并采用青藏高原东北缘2001-2004年间的GPS数据,及2003 -2004年间的重力数据,对皇城-塔尔庄断层的三维滑动速率进行了附有相对权比的联合反演计算.结果表明,多种数...     

Improvement of theories and methods in geodetic joint inversion

This paper first establishes the prior globe dynamical model by geophysics,which is a solid earth elastic deformation model.Then,the parameters of the globe dynamic model can be obtained by inverting the geodetic data.The inverse method can be used in seismology and geology,and to make earthquake prediction.     

Improvement of theories and methods in geodetic joint inversion

This paper first establishes the prior globe dynamical model by geophysics, which is a solid earth elastic deformation model. Then, the parameters of the globe dynamic model can be obtained by inverting the geodetic data. The inverse method can be used in seismology and geology, and to make earth-quake prediction.     

利用地震面波和重力资料联合反演地壳—上地幔三维密度结构的方法探讨

本文探讨了利用地震面波和重力资料联合反演地壳－地幔三维密度结构的反演问题。首先建立了地震面波和重力资料的观测方程,然后应用广义线性反线理论给出了反演问题的解。模型试验结果表明,与单纯面波反演的结果相比,联合反演的解在分析率和方差两个方面都有改善,当加入扰动重力数据时,在０－３００ｋｍ深度范围内联合反演的结果明显好于单纯面波反演的结果。     

利用垂直重力梯度异常反演海底地形的解析方法

目前,基于重力数据反演海底地形方法的主要原理是利用测深数据拟合出海底地形与重力（或重力梯度）数据之间的线性关系,这会导致对不同的海底地形会有不同的线性关系。为了克服这种不确定性的制约,本文基于长方体海山产生的垂直重力梯度的表达式,通过将研究海域进行格网化,建立了垂直重力梯度（vertical gravity gradient,VGG）与海深之间的函数关系,即关于海深的观测方程组,在此基础上,通过模拟计算,验证了观测方程组的解不仅唯一可解,而且具有较好的抗误差干扰性质。由于观测方程组受到研究海域外海山的影响（分为边界效应、远区影响）,因此,需要相应的数学方法来处理这些影响。本文将研究海域进行扩充得到扩展区域,然后在扩展海域上研究观测方程组,此时为了避免观测方程组出现奇异性,引入了正则化方法对扩展后的观测方程组进行求解,并从中截取研究海域上的海深。模拟试验表明,使用正则化方法后,边界效应对反演海深的均方根误差为0.48 m。最后,对南中国海真实海底地形进行了反演计算,将反演的海深与研究海域内的289个船测数据点进行对比,反演结果的均方根误差达到109 m。     

The inversion method study of sub-canopy soil moisture estimation using repeat pass SIR-C PolInSAR data

From repeat pass SIR-C L band polarimetric SAR interferometric data and fully maximum likelihood inversion decomposition model of PolInSAR, a method for sub-canopy soil moisture estimation using repeat pass SIR-C PolInSAR data is proposed. At the same time, the potential and validity of fully maximum likelihood inversion decomposition model of PolInSAR for sub-canopy soil moisture inversion is investigated. Firstly, from the random oriented volume over ground two layer coherent scattering model and the statistical characteristics of Pol-InSAR coherency matrix, the fully maximum likelihood inversion decomposition model is used to reconstruct or recover the surface polarimetric coherency matrix with volume scattering components significantly removed; then, from recovered surface polarimetric coherency matrix, co-HH, VV and cross-HV polarization backscattering coefficient are obtained, and the sub-canopy soil moisture are inverted from Oh and Dihedral scattering model. At last, Compared the inversion result with the field measurement and the climate data of hetan region from 1951 to 2006, the preliminary result indicates that the proposed method based on fully maximum likelihood inversion decomposition model has enough high inversion accuracy, if the new spaceborne or airborne polarimetric SAR interferometric data with synchronously spaceborne or airborne-ground measurement will be acquired, the validity and accuracy of proposed inversion method will be further investigated and validated.     

密度误差对城市断层参数重力反演的影响

针对断层参数重力反演中密度误差对反演结果影响不确定的问题,该文采用控制变量方法,通过理论模型系统分析了密度误差对断层几何参数反演造成的影响,实现了定量确定密度误差与反演结果之间关系。研究结果表明:随着密度变化增大,反演误差逐渐增加;反演误差整体上处于10-5 m/s2量级,比采用的重力数据低两个量级,说明反演结果是可靠的。密度变化对断层埋深的影响相对较小,对断层倾角影响较大;当密度变化为-2%~2%时,断层上盘上底面、断层上盘下底面、断层下盘上底面、断层下盘下底面和倾角分别变化-0.5%~0.3%、0.2%~-0.4%、-0.38%~0.4%、0.25%~-0.3%和4%~-5%。当密度变化较小(-2%~2%)时,密度变化与断层参数变化之间存在近似线性关系。     

Correction on effect of Earth’s oblateness in inversion of GPS occultation data

By using observed CHAMP orbit ephemeredes and MSISE-90 dry air model and regarding the earth as a sphere and an ellipsoid respectively, phase delays are simulated and the simulated data are retrieved under different schemes. The comparison between the inverted temperature profiles and the model temperature profiles shows that by inverting observed data, we will get temperature results with large errors if the effect of Earth’s oblateness is omitted. The correction method is proved to be effective because the temperature errors decreased obviously with this method. Funded by the Opening Foundation of the Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy of the Ministry of Education (03-04-09).     

星载GPS的多目标跟踪数据处理方法

针对测量船外测数据对多个目标进行定轨精度较低的问题,该文提出了星载GPS数据、测量船外测数据的融合处理方法。在多目标测控任务中,航天测量船船载设备获取的外测数据仅包含一个主跟踪目标的测角数据和多个跟踪目标的测距数据,且测角数据精度较低,该文采用由星载GPS数据获取的等效测角数据和由测量船外测设备获取的测距数据进行定轨,经过分析试算,该方法有效弥补了船载外测设备测角数据精度较低的问题,提高了初轨确定的能力以及卫星星间距离的解算精度。     

联合GRACE和GLDAS数据的河南省地下水储量反演与时空变化分析

针对利用传统监测手段难以高效获取地下水储量观测数据的问题,基于GRACE重力卫星的大尺度水资源储量反演已成为当前水资源调查的研究热点。本文利用2012-2016年CSR机构发布的GRACE RL06月解数据,通过等效水高反演得到河南省陆地水储量时序结果,扣除由同期GLDAS水文模型计算得到的地表水储量时序数据,从而得到河南省地下水储量时序变化数据结果。经与地下水位监测井实测数据进行对比验证,相关系数显著性水平达0.01,表明本文算法流程具有较高的可靠性。进一步的统计分析结果表明,河南省北部地区的地下水储量呈亏损态势,最大变化率超过26 mm/a;河南省中部和东部地区地下水储量有一定盈余,最大变化率超过16 mm/a,相关结果数据与河南省水利局公布的全省主要地下水超采区范围吻合。本文旨在利用GRACE重力卫星数据与GLDAS水文模型反演获取河南省地下水储量空间分布差异及演变趋势,相关算法流程可为广域地下水储量调查监测提供技术支撑;研究数据可为该区域地下水资源的合理利用与保护提供参考。     

PolInSAR森林高度反演中方法及波段选择引起的不确定性分析

森林高度是反映森林资源数量和质量的重要参数,极化干涉合成孔径雷达PolInSAR (Polarimetric Synthetic Aperture Radar Interferometry)技术在森林高度反演中极具潜力。由于森林散射特征受波长影响明显,由此引起的散射机理差异使得基于PolInSAR技术反演的森林高度结果具有很大的不确定性。为了定量化该不确定性的影响,本文以模拟森林场景为例,对PolInSAR技术森林高度反演中常用的4种方法——极化相位中心高度估测法、复相干相位中心差分法、复相干幅度反演法以及相干幅度、相位联合反演法,以及它们在常用的4个微波波段P、L、C和X中的森林高度估测结果进行了分析;明确了匀质森林场景中,算法、波段选择引起的森林高度估测结果的不确定性。研究结果表明：在森林场景基本一致的情况下,估测算法的选择直接影响森林高度估测结果,其中复相干幅度反演法在4个波段的估测结果中精度均最高,但各估测点的估测结果离散度及不确定度较大。波长对4类估测方法估测结果的影响差异明显：复相干幅度反演法的反演结果几乎不受波长的影响,而相干幅度、相位联合反演法受波长影响明显,在P和L波...     

高灵敏度GPS和Galileo信号联合捕获方法

针对传统接收机无法同时捕获两种不同卫星系统信号Galileo E1或GPS C/A的问题,该文提出E1和C/A相干联合捕获和E1-C和C/A相干联合捕获两种新算法。基于E1和C/A联合相干捕获算法,利用E1的数据信号和导频信号与C/A进行联合相干捕获,推导出了捕获灵敏度的计算式,实现了对两种信号的同时捕获。采用E1-C和C/A相干联合捕获算法,仅利用E1的导频信号E1-C和C/A进行捕获,简化了联合捕获的推导过程。仿真结果显示,两种联合捕获均比单独捕获E1或C/A的灵敏度高,为新一代GNSS接收机提供了新的卫星信号捕获方法。     

重力数据的多尺度边缘分析及其应用

In order to improve the processing and interpretation of gravity data, multiscale edge theory in image processing is introduced into the study of gravity field. Multiscale edges of gravity anomaly are analyzed based on a special wavelet. It shows that the multiscale edges are the extrema points of the horizontal gravity gradient at different heights, which are related to the sharp discontinuities of underground sources. The applications of multiscale edge in downward continuation and gravity inversion are discussed. The simulated examples show that the multiscale edges can be applied to stabilize the downward continuation operator when the continuation height is low. The multiscale edges also have a convenient application to infer the geometry of the underground source. Moreover, the gravity inversion algorithm based on the multiscale edges has a good antinoise property. Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.40704003), the National 973 Program of China(No.2007CB714405), the Open Research Fund from Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy(No.04-01-08).     

随机森林回归模型用于土壤重金属含量多光谱遥感反演

本文以陕西省柞水县大西沟矿区为研究区域,通过实地采集土壤样本,结合在Landsat 8多光谱遥感影像上提取的辐射亮度值和光谱衍生指数,以及从ASTER GDEM提取的3种地形因素,通过相关性分析确定了建模因子,并以K折交叉验证法建立了砷、铜、铅3种重金属元素的随机森林回归模型。试验结果表明,所建立模型的预测精度优于多元线性回归模型和CART模型,可见随机森林回归模型适用于在小样本情况下的矿区重金属含量反演。经现场调查,空间反演结果与实际情况较符合,证明了基于多光谱遥感的随机森林回归模型在矿区土壤重金属反演中的准确性。     

改正的盖度-坡度-OSAVI反演法的江西省草地资源盖度预测

草地资源调查中盖度具有较为直接的代表性,目前对盖度的调查以人工实地调查为主。针对大区域的实地调查投入大、周期长等问题,本文以Landsat 8、ASTER GDEM影像、地理国情普查中草地图斑及134个实地样地调查数据的盖度数据为数据源,通过提取坡度数据、选取74个实地样点盖度调查数据及优化的土壤调节植被指数(OSAVI),建立相关模型,对研究区的草地资源的盖度进行反演,形成全域草地盖度灰度值图斑分布图。对60个实地调查的样地盖度与反演盖度进行误差分析,最终显示反演盖度与实地盖度高度一致。     

3层模型的内波传播方程与参数反演

根据流体力学基本方程组,利用摄动展开、多重尺度变换等方法,推得3层海洋分层模式下的非线性薛定谔(NLS)方程,发展了描述内波传播的新模型;利用该方程与SAR遥感探测机理相结合,得到反演内波振幅的关系,并选取中国南海东沙岛附近和英国马林陆架外缘海域,进行内波参数反演研究。结果表明,该模型反演的内波振幅与实测值更接近,验证了理论模型的适用性。     

作物LAI的遥感尺度效应与误差分析

以黑河中游盈科绿洲为研究区, 利用Hyperion高光谱数据, 采用双层冠层反射率模型(ACRM)迭代运算反演LAI; 通过LAI的均值化(LAImean)以及Hyperion数据反射率线性累加反演LAI(LAIp), 定量分析LAI反演的尺度效应; 从模型的非线性和地表景观结构的空间异质性2个方面分析引起反演误差的原因, 并在LAI-NDVI回归方程的基础上利用泰勒展开的方法对低分辨率数据反演结果进行了误差纠正。结果表明, 地表景观结构的空间异质性是造成多尺度LAI反演误差的关键因素, 通过泰勒展开式能很好地实现大尺度数据LAI反演结果的误差纠正。     

联合重力异常和GPS水准数据的最小二乘配置方法

本文对最小二乘配置的基本方法进行了简要介绍,讨论了局部协方差函数模型的确定方法,并利用GPS水准和重力数据,根据移去恢复法,运用最小二乘配置方法进行重力异常和GPS水准的联合配置计算,确定了某市2′30″×2′30″区域似大地水准面模型,并将最终结果与GPS水准数据进行比较分析,通过检核,精度达到±1.6cm。     

重力异常对地下异常体边界的识别算法

针对常见的地下异常体边界处理算法存在着识别出的边界发散、不准确的问题,该文通过两组理论模型进行了多种边界识别方法的试算,以比较分析其各自的效果。结果表明:常见方法中,水平梯度、HTD法和Theta图法均能一定程度上反映出边界信息,但效果一般;而与其相比,该文在此基础上构建的3种基于更高一阶导数的边界识别滤波器能更有效、准确地提取边界信息;并且在不同深度异常体的组合模型中,改进二阶倾斜角ITA_2算子依旧能在有效均衡不同强度异常的同时,非常清晰地识别出不同深度异常体的边界,有利于实际工作中重力异常的解释。     

应用GPS速度场和地震数据反演中国大陆构造应变场

为获得更准确的中国大陆地壳应力应变场,文章基于ITRF2005全球地心坐标参考框架,采用高精度数据处理方法计算了中国地壳运动观测网络1999—2009年间的观测数据,获得了中国大陆GPS速度场以及相对欧亚板块的区域形变场,计算结果显示中国大陆形变运动仍是西强东弱的格局;并利用中国大陆同期近30年的地震矩张量及第四纪活动断层研究成果资料,联合反演了中国大陆区域的构造应变场,结果表明:从总体来看,应变相对集中的区域为喜马拉雅构造带、青藏高原、帕米尔高原、阿尔金断裂带、新疆天山及川滇地区,中国大陆区域过去10年的构造变化以挤压为主,拉张为辅。