一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法，包括：将月球卫星重力异常网格数据剖分成多个子区；对滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，滑动滤波窗口直至遍历子区内所有数据，得到各子区的单方向去噪结果；将各子区的数据按照预设角度逐次旋转，直到完成所有预设角度方向的去噪；将得到的全方向去噪的各个子区数据进行拼合，得到一次去噪结果；当本次去噪结果满足预设条件时，输出最终的去噪结果。本发明专利技术通过对滤波窗口范围内的数据按照预设角度进行单方向去噪，最终得到全方向去噪数据，可以去除月球卫星重力异常数据中的条带干扰和高频噪音，为后续重力数据处理、反演和地质构造解释等方面提供可靠的数据支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星重力数据处理
，特别是涉及一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统。

技术介绍

[0002]利用卫星重力测量技术获得卫星运行时的轨道摄动，可用于构建月球重力场模型。月球重力场模型由一组正则化球谐系数构成，用以近似描述月球上任意位置的重力异常，模型的阶次越高，对应描述的重力异常数据精度就越高。随着空间技术的发展，月球重力场模型球谐阶次不断提高，由月球重力场模型解算出的重力异常数据网格间距也对应变小。目前精度最高的月球重力场模型为1500阶，对应的月球重力异常数据网格间距为3.6km。然而在重力场模型球谐阶次提高的过程中，由于奇阶次项和偶阶次项间的相关性，以及飞行轨道变化及仪器震动等原因，导致解算出的重力异常数据出现严重的条带干扰与高频随机噪音，极大影响后续的数据处理和解释，所以需要首先对月球卫星重力异常数据做去噪处理，获取更为可靠的数据，为后续的处理与解释提供保障。
[0003]当前国内外存在多种卫星重力数据去噪方法，按照实现原理可大致分为数字滤波和阶次截断两大类。数字滤波方法是应用高斯滤波(Swenson and Wahr，2002)、滑动去相关(Chambers，2006)等方法对数据进行平滑去噪，这些方法普遍被应用于地球时变重力数据领域；阶次截断方法则是将重力场模型中误差功率谱较高的阶次直接舍弃，不参与后续解算。它们存在的最主要问题均为无法有效去噪，即在不损失有效信号幅值的情况下，将条带干扰与随机噪音尽可能地去除。由于卫星重力异常数据条带干扰形态与航空地球物理数据预处理前的测线条带干扰有相似之处，因此考虑引入航空地球物理数据处理中的调平算法。其中，Beiki等人(2010)开发出了单方向的差分多项式拟合滤波方法(DPF,differential polynomial fitting method)，该方法去除条带干扰效果较优，然而，该方法仅适用于测线方向，卫星重力数据没有测线排列，且其条带干扰多数情况为沿多个方向分布。因此，开发一种能够在不损失卫星重力异常数据有效信号的前提下将多方向的条带误差与高频噪音进行剔除的方法至关重要。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法，包括：
[0007]步骤1：获取待处理的月球卫星重力异常网格数据；
[0008]步骤2：将所述月球卫星重力异常网格数据剖分成多个子区；
[0009]步骤3：创建滤波窗口，对所述滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，滑动滤波窗口直至遍历子区内所有数据，得到各子区的单方向去噪结果；
[0010]步骤4：将各子区的数据按照预设角度做坐标旋转并重新网格化，返回步骤3直到完成所有预设角度方向的去噪，得到全方向去噪的各个子区数据；
[0011]步骤5：将全方向去噪的各个子区数据进行拼合，得到第一次去噪结果；
[0012]步骤6：判断所述第一次去噪结果是否满足误差条件，若未满足条件则将第一次去噪结果作为待处理的月球卫星重力异常网格数据，返回步骤2直到输出满足误差条件的全方向去噪数据。
[0013]优选的，所述对所述滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，包括：
[0014]建立滤波窗口；所述滤波窗口包括纵向一维窗口和正方形二维窗口，且纵向一维窗口位于正方形二维窗口的中心；
[0015]将所述纵向一维窗口和所述正方形二维窗口内的数据分别进行多项式拟合得到数据拟合结果；
[0016]根据数据拟合结果确定误差值；
[0017]根据所述误差值得到相应滤波窗口内的单方向去噪数据。
[0018]优选的，将所述纵向一维窗口和所述正方形二维窗口内的数据分别进行多项式拟合得到数据拟合结果，包括：
[0019]采用公式：
[0020][0021][0022]得到数据拟合结果；其中，f(x)
1D
为纵向一维窗口的数据拟合结果，f(x,y)
2D
为正方形二维窗口的数据拟合结果，x、y分别为数据在网格中的坐标位置，i、j为多项式次数，n为最大次数，且i+j≤n，a
i
为一元多项式x
i
项拟合系数，b
i,j
为二元多项式x
i
y
j
项拟合系数。
[0023]优选的，所述根据数据拟合结果确定误差值，包括：
[0024]采用公式：
[0025]e(x,y)＝a0‑
b
0,0
[0026]确定误差值；其中，e(x,y)为(x,y)位置的误差大小，a0为纵向一维滤波窗口数据拟合常数项系数，b
0,0
为正方形二维滤波窗口数据拟合常数项系数。
[0027]本专利技术还提供了一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波系统，包括：
[0028]数据获取模块，用于获取待处理的月球卫星重力异常网格数据；
[0029]数据剖分模块，用于将所述月球卫星重力异常网格数据剖分成多个子区；
[0030]单方向去噪模块，用于创建滤波窗口，对所述滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，滑动滤波窗口直至遍历子区内所有数据，得到各子区的单方向去噪结果；
[0031]全方向去噪模块，用于将各子区的数据按照预设角度做坐标旋转并重新网格化，返回单方向去噪模块直到完成所有预设角度方向的去噪，得到全方向去噪的各个子区数据；
[0032]数据拼合模块，用于将全方向去噪的各个子区数据进行拼合，得到第一次去噪结果；
[0033]检验迭代模块，用于判断所述第一次去噪结果是否满足误差条件，若未满足条件
则将第一次去噪结果作为待处理的月球卫星重力异常网格数据，返回数据剖分模块重新迭代直到输出满足误差条件的全方向去噪数据。
[0034]优选的，所述单方向去噪模块，包括：
[0035]滤波窗口构建单元，用于建立滤波窗口；所述滤波窗口包括纵向一维窗口和正方形二维窗口，且纵向一维窗口位于正方形二维窗口的中心；
[0036]多项式拟合单元，用于将所述纵向一维窗口和所述正方形二维窗口内的数据分别进行多项式拟合得到数据拟合结果；
[0037]误差值确定单元，用于根据数据拟合结果确定误差值；
[0038]去噪单元，用于根据所述误差值得到相应滤波窗口内的单方向去噪数据。
[0039]优选的，所述多项式拟合单元，包括：
[0040]数据拟合子单元，用于采用公式：
[0041][0042][0043]得到数据拟合结果；其中，f(x)
1D
为纵向一维窗口的数据拟合结果，f(x,y)
2D
为正方形二维窗口的数据拟合结果，x、y分别为数据在网格中的坐标位置，i、j本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法，其特征在于，包括：步骤1：获取待处理的月球卫星重力异常网格数据；步骤2：将所述月球卫星重力异常网格数据剖分成多个子区；步骤3：创建滤波窗口，对所述滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，滑动滤波窗口直至遍历子区内所有数据，得到各子区的单方向去噪结果；步骤4：将各子区的数据按照预设角度做坐标旋转并重新网格化，返回步骤3直到完成所有预设角度方向的去噪，得到全方向去噪的各个子区数据；步骤5：将全方向去噪的各个子区数据进行拼合，得到第一次去噪结果；步骤6：判断所述第一次去噪结果是否满足误差条件，若未满足条件则将第一次去噪结果作为待处理的月球卫星重力异常网格数据，返回步骤2直到输出满足误差条件的全方向去噪数据。2.根据权利要求1所述的一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法，其特征在于，所述对所述滤波窗口范围内的数据进行单方向去噪，包括：建立滤波窗口；所述滤波窗口包括纵向一维窗口和正方形二维窗口，且纵向一维窗口位于正方形二维窗口的中心；将所述纵向一维窗口和所述正方形二维窗口内的数据分别进行多项式拟合得到数据拟合结果；根据数据拟合结果确定误差值；根据所述误差值得到相应滤波窗口内的单方向去噪数据。3.根据权利要求2所述的一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统，其特征在于，将所述纵向一维窗口和所述正方形二维窗口内的数据分别进行多项式拟合得到数据拟合结果，包括：采用公式：采用公式：得到数据拟合结果；其中，f(x)
1D
为纵向一维窗口的数据拟合结果，f(x,y)
2D
为正方形二维窗口的数据拟合结果，x、y分别为数据在网格中的坐标位置，i、j为多项式次数，n为最大次数，且i+j≤n，a
i
为一元多项式x
i
项拟合系数，b
i,j
为二元多项式x
i
y
j
项拟合系数。4.根据权利要求2所述的一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波方法及系统，其特征在于，所述根据数据拟合结果确定误差值，包括：采用公式：e(x,y)＝a0‑
b
0,0
确定误差值；其中，e(x,y)为(x,y)位置的误差大小，a0为纵向一维滤波窗口数据拟合常数项系数，b
0,0
为正方形二维滤波窗口数据拟合常数项系数。5.一种月球卫星重力异常数据的全方向滤波系统，其特征在于，包括：数...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良辉，杨婧，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：