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陆海交界区域多源重力数据的融合处理方法研究

作　者: 翟振和
导　师: 孙中苗
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 重力数据融合协方差模型最小二乘逐步配置输入-输出系统理论时域频域自适应融合处理似大地水准面
分类号: P223
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

陆海交界区域多源重力数据的有效融合处理是地球重力场精化和应用的必然要求。为了解决融合处理中面临的矛盾和困难,本文以统计法为主要研究工具,深入探讨和分析了我国陆海交界区域航空重力数据、卫星测高数据、陆地重力数据以及船测重力数据的主要特点。在时域和频域对多种融合方法及融合效果进行了研究、对比和分析,提出了用于陆海交界区域多源重力数据融合处理的模型、方法和具体解决方案,论文的主要研究内容和创新点总结如下:1.系统总结了重力场反演的主要方法,特别是分析了统计法用于重力数据融合处理的特点和优势。在此基础上确立了以统计法为主要研究工具以时域、频域为两种数据处理形式的核心思想,制定了多源重力数据融合处理的目的和原则。2.以Rene Forsberg的局部扰动位协方差模型为参考,推导出适合于陆海交界区域融合处理的多个实用的扰动场元协方差模型。针对多源重力数据的特点提出了确定协方差模型参数的三种方法,并以实际算例验证了协方差模型的有效性。3.导出了最小二乘逐步配置的通用表达公式,给出了实用的流程图和具体解算方法。较之传统配置,逐步配置的实现不仅提高了计算效率,而且为多源重力数据先验信息的定性描述和定量分析提供了一个有利的工具。4.在时域建立了以逐步配置为框架、以调整观测信号自协方差及互协方差函数为主要形式的多源重力数据自适应融合处理方法,提出了基于配置结果的自适应融合以及基于观测信号的自适应融合两种融合模式。该方法的建立有效的解决了不同高度、不同频谱、不同误差特性的重力数据融合问题,是本文的主要创新点。5.深入研究了输入-输出系统理论在重力场反演中的作用。研究表明利用输入-输出系统理论可将重力场经典理论的不同形式转换至频域。利用双输入-单输出系统推导了两种重力数据在频域进行融合的基本形式并探讨了多源重力数据自适应融合方法在频域的具体实现过程。利用相关法及实测数据在频域验证了重力异常推估和建立大地水准面的可行性和有效性。6.分别利用基于配置结果的自适应融合及基于观测信号的自适应融合方法对渤海湾陆海交界区域的航空重力数据、卫星测高数据以及陆地重力数据进行了融合处理。其中基于观测信号的自适应融合模式取得了较优的融合效果。通过与船测数据的比较表明,融合数据的总体精度优于3. 7×10?5 m/s2,融合前重力数据的系统偏差得到减弱和消除。7.以融合区域的重力异常数据为基础,按照移去-恢复的思想,分别利用传统的Stokes方法和最小二乘逐步配置法反演了这一区域的局部重力似大地水准面。利用四参数多项式模型将这一重力似大地水准面拟合到由GPS水准点控制的GPS水准似大地水准面。外部检核表明该大地水准面的精度约为0.19m。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11
  1.2 陆海交界区域重力测量现状  11-13
  1.3 重力场在时域、频域中的恢复  13-14
  1.4 统计法在重力数据融合中的应用  14-16
  1.5 多源重力数据融合的目的和原则  16-17
  1.6 本文研究的主要内容  17-19
第二章多源重力数据的物理、误差特性分析  19-28
  2.1 重力数据的基本特性  19-21
  2.2 多源重力数据概况  21-24
    2.2.1 陆地重力数据  21
    2.2.2 航空重力数据  21-22
    2.2.3 卫星测高数据  22-23
    2.2.4 船测重力数据  23
    2.2.5 卫星重力数据  23-24
    2.2.6 多源重力数据对比分析  24
  2.3 重力数据对应的基准及坐标系统  24-25
  2.4 重力基础数据的归算  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章多源重力数据协方差模型的构建  28-39
  3.1 最小二乘配置法的基本形式  28-29
  3.2 局部扰动位协方差模型  29-30
  3.3 扰动场元协方差模型的构建  30-33
    3.3.1 重力异常协方差模型  30-32
    3.3.2 局部扰动重力协方差模型  32-33
    3.3.3 大地水准面高与重力异常的互协方差模型  33
  3.4 协方差模型参数的确定和检验分析  33-38
    3.4.1 协方差模型参数的确定方法  33-35
    3.4.2 参数确定算例分析  35-37
    3.4.3 向上、向下延拓检核  37-38
  3.5 本章小节  38-39
第四章多源重力数据在时域的融合处理  39-59
  4.1 基于传统配置方法的融合处理  39-40
  4.2 “两步法”的融合处理方案  40-42
  4.3 多源重力数据的自适应融合  42-55
    4.3.1 最小二乘逐步配置  43-47
    4.3.2 逐步配置的计算效果分析  47-49
    4.3.3 基于观测信号的自适应融合  49-53
    4.3.4 基于配置结果的自适应融合  53-55
  4.4 两种重力数据的自适应融合试验  55-58
  4.5 本章小节  58-59
第五章多源重力数据在频域的融合处理  59-69
  5.1 输入－输出系统理论概述  59-61
  5.2 输入－输出系统理论在重力场反演中的应用  61-64
    5.2.1 输入－输出系统理论应用于重力场反演的一般形式  61-62
    5.2.2 输入－输出系统理论用于扰动场元的推估  62-64
  5.3 输入－输出系统应用于重力数据融合  64-66
  5.4 多源重力数据在频域融合处理的优势  66-68
  5.5 本章小节  68-69
第六章渤海湾区域多源重力数据的融合处理及应用  69-85
  6.1 渤海湾区域重力数据概况  69-71
    6.1.1 航空重力数据  69-70
    6.1.2 卫星测高数据  70
    6.1.3 陆地重力数据  70-71
    6.1.4 地形数据  71
  6.2 多源重力数据的精度统计及分布范围  71-74
    6.2.1 三种数据的精度统计  71-73
    6.2.2 三种数据的分布范围  73-74
  6.3 三种重力数据的融合处理  74-78
    6.3.1 基于配置结果的自适应融合处理  74-76
    6.3.2 基于观测信号的自适应融合处理  76-78
  6.4 渤海湾区域似大地水准面的建立  78-83
  6.5 本章小节  83-85
第七章结束语  85-87
附录A 本文采用的坐标系统及相关常数  87-88
附录B 频域中常用的概念及定义  88-89
附录C 一些特殊矩阵的定义  89-90
参考文献  90-93
作者简历攻读硕士期间完成的主要工作  93-94
致谢  94

陆海交界区域多源重力数据的融合处理方法研究

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