一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法及系统，该方法包括：步骤1：确定海深正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量的有效积分半径；步骤2：以步骤1确定的有效积分半径作为积分窗口半径，分别以目标海域格网海深为数据输入，正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量；步骤3：以步骤2获得的目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为输入，使用GMT软件“grdfft”命令计算目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度，然后分别比较扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度差异，功率谱密度越大即蕴含的海底地形信息频谱越丰富。本发明专利技术对于拓宽凭据海面重力数据构建海底地形重力数据元选择范围具有重要参考价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法及系统


[0001]本专利技术属于海底地形反演
，具体涉及一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法及系统。

技术介绍

[0002]当前，全球海洋科技革命的时代潮流涌动，海洋认知“透明化”正在成为国际海洋科技发展的前沿。对深海进入、深海探测、深海开发关键技术的掌握，成为海洋强国的重要标志。海洋观测能力是海洋科学研究的基础，提高海洋观测能力对海洋科技水平的提升具有重要意义。海底地形测量作为观测海洋、认知海洋的基本手段，绘制的海底地形图在海洋资源开发、海洋生态环境保护、海洋科技创新和海洋权益维护等方面，都能够发挥不可替代的作用。随着近几十年卫星测高技术的高速发展，依托星基测量平台实现了长期、连续、大范围、实时原位海洋观测，积累了海量、多代、高分辨率、高精度的卫星测高数据，各国学者基于不断更新的卫星测高数据恢复完善了全球海洋高质量的重力场信息，基于海洋重力信息反演海底地形已成为目前主要依赖的高效构建全球海底地形技术手段。
[0003]就利用海面重力数据反演海底地形技术总体而言，目前海底地形模型构建数据元仍较为单一，主要数据元是重力异常、重力异常垂直梯度，其他重力数据元构建海底地形可行性分析鲜有涉及。研究表明，海面重力恢复海底地形主要体现在对海底地形有限频段信息的丰富与改善方面。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对当前利用卫星测高重力数据反演海底地形重力场元输入较为单一的问题，提供了一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法及系统。通过海底地形数据正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为数据依凭，从功率谱密度角度分析扰动位一阶张量和扰动位二阶张量蕴含的海底地形信息频谱丰富度，来评价扰动场元反演海底地形模型优势，拓展利用海面重力数据反演海底地形的扰动场元数据选择范围。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提出一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法，包括：
[0007]步骤1：确定海深正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量的有效积分半径；
[0008]步骤2：以步骤1确定的有效积分半径作为积分窗口半径，分别以目标海域格网海深为数据输入，正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量；
[0009]步骤3：以步骤2获得的目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为输入，使用GMT软件“grdfft”命令计算目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度，然后分别比较扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度差异，功率谱密度越大即蕴含的海底地形信息频谱越丰富。
[0010]进一步地，所述步骤1包括：
[0011]选择海面研究点，采用严格棱柱体积分方法，不断增大积分半径，直到正演扰动位
一阶张量和扰动位二阶张量处于收敛状态，以此时积分半径作为有效积分半径：
[0012]采用严格棱柱体积分公式正演扰动位一阶张量可描述为
[0013][0014]其中
[0015][0016]式中，和分别表示海深正演的x、y和z方向扰动位一阶张量；G为地球引力位常数；ρ
c
和ρ
w
分别表示地壳密度和海水密度；(i
p
,j
p
)为研究点位置；(i,j)为流动点位置；h(i,j)为(i,j)点对应海深；d为海底地形参考面深度；l是研究点与流动点距离；(x,y,z)为流动点坐标；S
L
和S
B
表示经度和纬度方向中央区积分半径点数；
△
x和
△
y分别表示沿经度和纬度方向格网大小；
[0017]采用严格棱柱体积分公式正演扰动位二阶张量可描述为
[0018][0019]式中，分别表示海深正演的xx、yy、zz、xy、xz、yz方向的扰动位二阶张量。
[0020]进一步地，所述步骤2包括：使用(1)式和(3)式正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量。
[0021]进一步地，所述步骤3中，功率谱密度的计算方法可描述为
[0022]PSD＝10
·
log
10
(P) (4)
[0023]其中，PSD为功率谱密度；P代表不同波长的能量。
[0024]本专利技术另一方面提出一种扰动场元反演海底地形模型优势评价系统，包括：
[0025]有效积分半径得出模块，用于确定海深正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量的有效积分半径；
[0026]正演扰动场元模块，用于以有效积分半径得出模块确定的有效积分半径作为积分窗口半径，分别以目标海域格网海深为数据输入，正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量；
[0027]功率谱密度计算模块，用于以正演扰动模块获得的目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为输入，使用GMT软件“grdfft”命令计算目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度，然后分别比较扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度差异，功率谱密度越大即蕴含的海底地形信息频谱越丰富。
[0028]进一步地，所述有效积分半径得出模块具体用于：
[0029]选择海面研究点，采用严格棱柱体积分方法，不断增大积分半径，直到正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量处于收敛状态，以此时积分半径作为有效积分半径：
[0030]采用严格棱柱体积分公式正演扰动位一阶张量可描述为
[0031][0032]其中
[0033][0034]式中，和分别表示海深正演的x、y和z方向扰动位一阶张量；G为地球引力位常数；ρ
c
和ρ
w
分别表示地壳密度和海水密度；(i
p
,j
p
)为研究点位置；(i,j)为流动点位置；h(i,j)为(i,j)点对应海深；d为海底地形参考面深度；l是研究点与流动点距离；(x,y,z)为流动点坐标；S
L
和S
B
表示经度和纬度方向中央区积分半径点数；
△
x和
△
y分别表示沿经度和纬度方向格网大小；
[0035]采用严格棱柱体积分公式正演扰动位二阶张量可描述为
[0036][0037]式中，分别表示海深正演的xx、yy、zz、xy、xz、yz方向的扰动位二阶张量。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0039]本专利技术以海底地形数据正演恢复扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为依据，从功率谱密度角度分析扰动位一阶张量和扰动位二阶张量蕴含的海底地形信息频谱丰富度，评价扰动场元反演海底地形模型优势，进一步揭示了海底地形与海面扰动场元间频谱特征联系，对于拓宽凭据海面重力数据构建海底地形数据元选择范围具有重要参考价值。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法的基本流程图；
[0041]图2为目标海域海深模型示例图；
[0042]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法，其特征在于，包括：步骤1：确定海深正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量的有效积分半径；步骤2：以步骤1确定的有效积分半径作为积分窗口半径，分别以目标海域格网海深为数据输入，正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量；步骤3：以步骤2获得的目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量为输入，使用GMT软件“grdfft”命令计算目标海域扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度，然后分别比较扰动位一阶张量和扰动位二阶张量功率谱密度差异，功率谱密度越大即蕴含的海底地形信息频谱越丰富。2.根据权利要求1所述的一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法，其特征在于，所述步骤1包括：选择海面研究点，采用严格棱柱体积分方法，不断增大积分半径，直到正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量处于收敛状态，以此时积分半径作为有效积分半径：采用严格棱柱体积分公式正演扰动位一阶张量可描述为其中式中，和分别表示海深正演的x、y和z方向扰动位一阶张量；G为地球引力位常数；ρ
c
和ρ
w
分别表示地壳密度和海水密度；(i
p
,j
p
)为研究点位置；(i,j)为流动点位置；h(i,j)为(i,j)点对应海深；d为海底地形参考面深度；l是研究点与流动点距离；(x,y,z)为流动点坐标；S
L
和S
B
表示经度和纬度方向中央区积分半径点数；
△
x和
△
y分别表示沿经度和纬度方向格网大小；采用严格棱柱体积分公式正演扰动位二阶张量可描述为
式中，分别表示海深正演的xx、yy、zz、xy、xz、yz方向的扰动位二阶张量。3.根据权利要求2所述的一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法，其特征在于，所述步骤2包括：使用(1)式和(3)式正演扰动位一阶张量和扰动位二阶张量。4.根据权利要求1所述的一种扰动场元反演海底地形模型优势评价方法，其特征在于，所述步骤3中，功率谱密度的计算方法可描述为PSD＝10

【专利技术属性】
技术研发人员：范雕，李姗姗，单建晨，张金辉，黄炎，黄志勇，王傲明，刘鑫宇，万宏发，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：