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专利号: 2021103914705
申请人: 桂林理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.遥感水深反演潮高改正方法,其特征在于包括如下步骤:(1)根据已有验潮站的潮高数据结合三次样条插值方法,计算卫星过境时刻采集数据时的潮汐高度;

(2)根据潮高改正方法,改正先验水深数据为先验卫星过境时刻水深数据;

(3)基于先验卫星过境时刻水深数据结合半经验物理模型,反演卫星过境时刻水深;

(4)最后,再根据潮高改正方法,改正卫星过境时刻水深数据为大地水准面的遥感反演水深;

其中,潮高改正原理及其步骤如下:潮汐每天会有高潮面和低潮面,潮高基准面则是距离低潮面Db的平面,大地水准面则是某一地区的平均海平面,大地水准面到潮高基准面的距离为Dbg,卫星过境时刻潮高面到大地水准面距离为Dtg,卫星过境时刻潮高面到潮高基准面为Dt,潮高基准面到海底面的距离为Dbs,大地水准面到海底面的距离为Dw,卫星过境时刻潮高面到海底面的距离为Drw,潮高改正就是将Drw转成Dw或将Dw转成Drw;

步骤1:大地水准面到海底面的距离Dw或卫星过境时刻潮高面到海底面的距离Drw计算大地水准面到海底面的距离Dw计算具体步骤如下:Dw=‑(Drw‑Dtg)    (1)

式中,‑代表水深是负数;

卫星过境时刻潮高面到海底面的距离Drw计算具体步骤如下:Drw=‑(Dw+Dtg)    (2)

步骤2:卫星过境时刻潮高面到大地水准面距离Dtg计算Dtg=Dt‑Dbg    (3)

步骤3:卫星过境时刻潮高面到潮高基准面Dt计算第一、三次样条插值计算潮高

根据潮高数据的一致收敛、一阶可导、二阶可导特点,潮高数据要满足以下条件方程组:式中,S(x)是三次样条插值函数,x是以秒为单位的时间戳,xj是j=0,1,…,n时在区间[x0,xn]内的节点,Dj是Di,i=‑12,…,‑1,1,…,12重新编号为j=0,1,…,n后相应的潮高;S(xj‑0)是S(x)在节点xj处的左极限,S(xj+0)是S(x)在节点xj处的右极限,S’(xj‑0)是S(x)在节点xj处的一阶左导数,S’(xj+0)是S(x)在节点xj处的一阶右导数,S”(xj‑0)是S(x)在节点xj处的二阶左导数,S”(xj+0)是S(x)在节点xj处的二阶右导数,S”(x0)是S(x)在节点x0处的二阶导数,D”(x0)是D(x)在节点x0处的二阶导数,S”(xn)是S(x)在节点xn处的二阶导数,D”(xn)是D(x)在节点xn处的二阶导数;

条件方程组构造包括三次样条插值函数S(x)及其一阶导函数S’(x)、二阶导函数S”(x)的构造:由于S(x)在区间[xj,xj+1]上是三次多项式,故S”(x)在[xj,xj+1]上是线性函数,根据拉格朗日插值法可表示为式中,S”(x)是S(x)的二阶导函数,Mj是j=0,1,…,n时的参数,hj=xj+1‑xj;

对公式(5)积分两次并利用S”(xj)=Dj及S”(xj+1)=Dj+1,确定积分常数,于是得三次样条插值函数表达式式中,S(x)是三次样条插值函数,Mj是j=0,1,…,n‑1时的参数,hj=xj+1‑xj;

为了确定S(x),公式(6)中Mj是需要确定,因此对S(x)求导可得式中,S’(x)是S(x)的一阶导函数,Mj是j=0,1,…,n时的参数,hj=xj+1‑xj;

据此,可知S(x)在区间[xj‑1,xj]上的一阶左导数和一阶右导数为根据潮高曲线特征可知S(x)在区间[xj‑1,xj]上的一阶导数连续,可知S'(xj+0)=S'(xj‑0)    (9)将公式(8)代入公式(9)中得

μjMj‑1+2Mj+λjMj+1=dj    (10)式中,

条件方程组参数计算,主要是将初始参数xj和Di、公式(5)、(6)、(7)、(8)代入构造好的条件方程组(4),且令λ0=μn=0,d0=2D'0',dn=2D'n',可得S(x)参数Mj的矩阵由已知条件可知,条件方程组(4)的系数矩阵元素λj,μj已确定,且满足下式因此,系数矩阵是对角占优矩阵,从而条件方程组(4)有唯一解;方程组(4)采用追赶法求解,具体如下:令

式中,αi,βi,γi为待定系数;由公式(13)得式中,b1=α1≠0,|b1|>|c1|>0,β1=c1/b1,0<|βi|<1;

公式(14)可写成矩阵方程形式为:

Am=D    (15)

而求解矩阵方程组(15)等价于求解以下的三角方程组求得m,从而得到解三对角线方程组的追赶公式:①计算的递推公式

②解Ly=D

③解Um=y

第二、Di潮高计算

(1)获取卫星过境时间戳前后各12个小时整点潮高数据获取卫星过境时间戳前后各12个小时整点潮高数据公式Di=f(xi)    (20)

式中,Di为i=‑12,…,‑1,1,…,12整点潮高,f是时间戳的潮高函数,xi为i=‑12,…,‑

1,1,…,12整点时间戳,x‑1是卫星过境时刻前1小时内的整点时间戳,x1为卫星过境时刻后1小时内整点时间戳,其他以此类推;

(2)卫星过境时刻时间戳x计算方法见公式

x=((X*24+h)*60+m)*60+s    (21)式中,x是卫星过境时刻时间戳,X是从1970年1月1日至卫星过境时刻的天数,h是从

1970年1月1日至卫星过境时刻减去整数天的小时数,m是从1970年1月1日至卫星过境时刻减去整数天和整数小时的分钟,s是从1970年1月1日至卫星过境时刻减去整数天、整数小时和整数分钟数的秒;

X的计算方法见公式

X=Y+M+D‑719162    (22)Y是卫星过境时刻的年份,M是卫星过境时刻的月份,D是卫星过境时刻的当月第几天;

Y、M和D的计算方法见公式(23)