抗差最小二乘法在卫星测高数据处理中的应用

在采用1992年10月至1998年10月的Topex/Poseidon卫星测高资料进行海平面变化研究时,将抗差最小二乘法引入到数据处理中,计算了平均海面高、海平面变化量和海平面的升降速率及其主要周期项的振幅和相位.同时给出采用经典最小二乘法计算的结果,并将两种结果进行了比较.最后通过对计算结果的分析,揭示了海平面变化的一些规律,证实了海平面变化与厄尔尼诺现象之间的联系.     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

GIS数据误差处理的阻尼最小二乘算法

应用非线性最小二乘平差方法——阻尼最小二乘法研究了数字化数据误差处理，并将该方法与最小二乘条件平差进行了比较。理论和实验表明，在处理较大数字化数据误差时采用阻尼最小二乘平差方法，减弱了在条件方程线性化过程中产生的模型误差，提高了计算精度。     

顾及系数矩阵常数列的总体最小二乘迭代解法

介绍总体最小二乘的奇异值分解法(SVD)和混合总体最小二乘法(LS-TLS),基于间接平差原理推导一种总体最小二乘迭代解法,可以用来解决系数矩阵含常数列的总体最小二乘平差问题。最后分别对系数矩阵不含常数列和系数矩阵含常数列的算例进行验证,得到的结果与采用奇异值分解法和混合总体最小二乘法计算的结果相同,表明算法的有效性。     

GIS数据误差处理的阻尼最小二乘算法

应用非线性最小二乘平差方法--阻尼最小二乘法研究了数字化数据误差处理,并将该方法与最小二乘条件平差进行了比较.理论和实验表明,在处理较大数字化数据误差时采用阻尼最小二乘平差方法,减弱了在条件方程线性化过程中产生的模型误差,提高了计算精度.     

基于长度修正的预测算法优化

当自变量之间存在多重相关性时,若利用最小二乘法建立预测模型,参数估计会存在误差。若应用偏最小二乘回归算法建立预测模型,可以克服自变量之间多重相关性问题,计算结果更为可靠。长度修正的偏最小二乘回归算法从预测的角度对偏最小二乘模型进行了改进。以芹山水电站的水平位移预测为例,验证了长度修正的偏最小二乘回归法比普通偏最小二乘回归法在预测方面效果更好。     

改进的最小二乘模型在GPS天线相位中心检测中的应用

本文介绍了研究天线相位中心变化的一般方法即最小二乘法,并在此基础上研究提出了一种新的最小二乘法的改正模型,最后通过野外超短基线实验对两种GPS的天线相位中心偏差进行了研究,并用改进模型进行了验证,得到了准确的检测效果。通过对最小二乘法的改进,在一定的观测时段下,对三种组合分别进行独立基线结算,并且在解算时用双差观测值进行计算,其计算结果精度相对较高。     

最小二乘法在土地复垦场平整中的应用

在满足土地复垦用途要求的前提下,设计场地平整参数,提高平整土方量计算精度。研究方法:采用最小二乘法。研究结果:用最小二乘法设计场地平整参数的法方程、土方量计算公式及其精度分析公式。研究结论:用最小二乘法进行场地平整参数设计及土方量计算,适用范围广,计算精度高,而且易于计算机实现。     

用卫星测高资料估算洋区的垂线偏差和重力异常

本文讨论了利用卫星测高资料估算洋区垂线偏差和重力异常问题。使用两种方法，一是最小二乘拟合法，这时，把高程异常展开为一多项式级数，然后由司托克斯反解公式及相应的微分关系式求出所需之值，另一是最小二乘拟推方法，其中所需的协方差函数由不同类型的洋区资料统计得出。选择了二个洋区并按上述方法进行了计算。最后把计算结果与由重力法所得结果进行了比较。     

总体最小二乘拟合问题求解方法的比较研究

目前对总体最小二乘求解方法的研究,出现了奇异值分解的总体最小二乘法、顾及自变量和因变量误差的总体最小二乘法及正交总体最小二乘法.在模型推导的基础上,本文对3种总体最小二乘法在直线和平面拟合中求解的参数及其精度进行了分析,通过与最小二乘法的比较表明,总体最小二乘法得到的拟合结果更加稳健,且以正交总体最小二乘法的拟合结果为最优.     

联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性分析

在系统论的指导下 ,以测量平差中一个浅显的例子作对比 ,巧妙地阐述了联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性 ,进而将可行的计算方案归结为具有本质联系的三类。     

利用TOPEX/Poseidon卫星测高资料监测全球海平面变化

本文利用１９９３年１月至１９９９年５月的ＴＯＰＥＸ／Ｐｏｓｅｉｄｏｎ卫星测高数据计算了全球海平变化。海平面模型误差和不恰当的加权方法都会影响全球海平面序列的周年变化,潮汐模型误差对于季节性变化有明显的影响。利用两个高度计算的海平面变化存在周年变化存在明显的差异,利用ＴＯＰＥＸ高度计和Ｐｏｓｅｉｄｏｎ高度计得到的该时段全球平均海平面的变化率分别为２．０ｍｍ／ａ和－０．５ｍｍ／ａ。与南方涛动指数的比较     

各向异性局部重力场计算的谱方法

本文所采用的基于输入－输出系统论的谱方法在计算结果的精度上与最小二乘配置方法相当,却很容易用于异性场的计算。用该谱方法对卫星测高及海洋重力资料进行组合求解重力场量（大地水准面差距和重力异常）,其误差估计结果表明各向异性场的计算精度优于各向同性场的精度。     

近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

赤道海面高亚季节变化的时空特征

本文对赤道海区Topex/Poseidon卫星(1992.10-1998.10)测高资料进行最小二乘法分区拟合,扣除周年和半周年信号之后,再用Vondrak滤波得到30天至150天的亚季节信号。小波振幅谱结果显示了海平面高度变化的亚季节时频时空特性与厄尔尼诺事件存在一定的相关性。     

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了 2011-2017年,每年5月-10月威德尔海海冰出水高度的时空变化.结果表明,最佳的出水高度...     

Seasonal global mean sea level change from satellite altimeter, GRACE, and geophysical models

We estimate seasonal global mean sea level changes using different data resources, including sea level anomalies from satellite radar altimetry, ocean temperature and salinity from the World Ocean Atlas 2001, time-variable gravity observations from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission, and terrestrial water storage and atmospheric water vapor changes from the NASA global land data assimilation system and National Centers for Environmental Prediction reanalysis atmospheric model. The results from all estimates are consistent in amplitude and phase at the annual period, in some cases with remarkably good agreement. The results provide a good measure of average annual variation of water stored within atmospheric, land, and ocean reservoirs. We examine how varied treatments of degree-2 and degree-1 spherical harmonics from GRACE, laser ranging, and Earth rotation variations affect GRACE mean sea level change estimates. We also show that correcting the standard equilibrium ocean pole tide correction for mass conservation is needed when using satellite altimeter data in global mean sea level studies. These encouraging results indicate that is reasonable to consider estimating longer-term time series of water storage in these reservoirs, as a way of tracking climate change.     

基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

多波束测深数据处理的抗差最小二乘配置迭代解法

针对利用最小二乘配置处理多波束测深数据,存在二次曲面数学模型通常无法精确表征海底地形的整体变化趋势以及观测数据存在粗差或异常点时,常规方法给出的协方差函数不能精确表征其统计特性的问题,本文提出了一种抗差最小二乘配置迭代解法。该方法首先进行协方差函数和观测值方差阵初始化,以多面函数拟合趋势项,然后应用等价权抗差估计并通过迭代计算,最终给出稳健的协方差函数参数解及最小二乘配置解。利用本文提出的方法及传统的方法处理实测的多波束测深数据,试验结果表明,相比于传统的方法,本文提出的方法能够较好地表征海底地形的整体变化趋势,一定程度上克服了多波束测深数据中粗差或异常点的影响。相比于传统的抗差方法,本文方法更为有效地识别出测深数据中异常点,推估效果较好,具有稳健性。