[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110580140.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113311494B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯光銀;張東興;朱自強(qiáng);張亮;毛雅靜;郭曉旺;曹書錦;許剛;馬致遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V7/00
• 分類號(hào): G01V7/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙科永臻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43227
• 代理人: 陳潔

本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法，首先通過等參變換獲得重力、重力矢量及重力梯度張量數(shù)據(jù)和相應(yīng)核矩陣，進(jìn)而生成相應(yīng)深度加權(quán)矩陣，構(gòu)建多分量聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)，最終得到反演結(jié)果。與傳統(tǒng)球殼單元相比，本方法所使用的dggrid能夠提高核函數(shù)的重復(fù)使用能力，降低核矩陣的內(nèi)存占用。同時(shí)，本發(fā)明利用dggrid網(wǎng)格具備一致相鄰性特點(diǎn)，以其三條對(duì)邊上的中線作為粗糙度矩陣構(gòu)造方向，從而達(dá)到優(yōu)化粗糙度矩陣構(gòu)造和簡(jiǎn)化粗糙度矩陣的平滑度系數(shù)的計(jì)算。此外，在反演最優(yōu)化求解過程中，通過使用與分量衰減特性無關(guān)的深度加權(quán)矩陣，優(yōu)化了多重力/重力矢量/重力梯度張量分量聯(lián)合反演設(shè)置，加快了收斂速度，提高了反演的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于等參變換全球離散網(wǎng)格球坐標(biāo)下衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法。

背景技術(shù)

在球坐標(biāo)系下，物性反演沿緯度經(jīng)度λ及徑向r三個(gè)方向分別按照等間隔方式劃分為一個(gè)個(gè)單元塊體，這類單元稱之為經(jīng)緯度網(wǎng)格的Tesseroid單元體。經(jīng)緯度網(wǎng)格的最大優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格編碼過程簡(jiǎn)單，且與三維空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換易于實(shí)現(xiàn)。但隨著緯度的增加，經(jīng)緯度網(wǎng)格在球坐標(biāo)系從赤道到兩極會(huì)產(chǎn)生退化現(xiàn)象，在極點(diǎn)附近四邊形會(huì)退化成三角形，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)冗余，從而使得tesseroid網(wǎng)格難于實(shí)現(xiàn)全球物性反演。

由于現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)緯度網(wǎng)格劃分存在各Tesseroid單元等經(jīng)緯度間隔而不等間距問題，同時(shí)受位場(chǎng)體積效應(yīng)的影響，使得與之相應(yīng)的核函數(shù)差異明顯。此外，現(xiàn)有技術(shù)在構(gòu)造相應(yīng)反演的某個(gè)方向粗糙度矩陣W_m時(shí)，需要因測(cè)區(qū)位置不同而重新計(jì)算平滑度系數(shù)以平衡W_r,和W_λ因各Tesseroid單元等經(jīng)緯度間隔而不等長(zhǎng)度引起的差異。且該系數(shù)受觀測(cè)網(wǎng)格經(jīng)緯度影響，易于導(dǎo)致反演密度模型方向和λ方向分辨率差。

且現(xiàn)有技術(shù)中，在重力反演中，k一般在1.5～2.0之間；而在重力梯度反演中，k一般在2.0～3.0之間；在磁化率反演中，k＝3。這致使在重磁位場(chǎng)多分量數(shù)據(jù)聯(lián)合反演中難于確定κ。

傳統(tǒng)tesseroid單元反演時(shí)需就不同測(cè)區(qū)經(jīng)緯度范圍重新調(diào)試粗糙度矩陣各個(gè)方向權(quán)系數(shù)，降低了傳統(tǒng)反演方法在不同測(cè)區(qū)經(jīng)緯度范圍的實(shí)施速度。

傳統(tǒng)tesseroid單元的經(jīng)緯度坐標(biāo)軸存在“屈翹”，使得計(jì)算粗糙度矩陣平滑度系數(shù)的過程較為復(fù)雜、反演模型擬合項(xiàng)的約束能力較低、且收斂速度較慢，因此無法確保反演結(jié)果在其水平和深度方向上的分辨率。

基于以上描述，亟需一種新的衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在難以使用tesseroid網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)全球物性反演、正反演核矩陣內(nèi)存占用量大、反演密度模型在方向和λ方向分辨率差、反演速度較慢、無法確保反演結(jié)果的水平和深度分辨率、難于有效實(shí)現(xiàn)多分量聯(lián)合反演且反演的準(zhǔn)確性比較低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法,使用該方法能夠降低正反演核矩陣的內(nèi)存占用量，且極大提高反演的速度及反演的準(zhǔn)確性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法的具體技術(shù)方案如下：

一種基于等參變換全球離散網(wǎng)格球坐標(biāo)下衛(wèi)星重力場(chǎng)反演方法，包括以下步驟：

S1、確定六邊形棱柱的積分點(diǎn)個(gè)數(shù)和空間位置，構(gòu)造正六邊形棱柱形函數(shù)，計(jì)算各積分點(diǎn)的權(quán)系數(shù)，利用等參變換計(jì)算獲得各dggrid網(wǎng)格于各觀測(cè)點(diǎn)處的異常響應(yīng)，得到重力及重力梯度正反演核矩陣G^k，其中k為多重力梯度張量分量聯(lián)合反演的分量的個(gè)數(shù)；

S2、將沿球殼六邊形棱柱三對(duì)邊法向和徑向作為粗糙度矩陣構(gòu)造方向，優(yōu)化構(gòu)造方法，其粗糙度矩陣表達(dá)式如下：

其中，m為地下空間密度分布，m_ref為參考地質(zhì)模型，p為范數(shù)階次，p≥0；

S3、構(gòu)建深度加權(quán)函數(shù)Z：