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相似文献
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1.
大气GPS掩星观测反演方法   总被引:28,自引:9,他引:28       下载免费PDF全文
大气GPS掩星观测可获得全球的大气气象参量剖面信息.本文阐述了地球大气GPS掩星观测反演原理,详细介绍了其几何光学近似反演方法和全谱反演方法,提出了将几何光学反演方法和全谱反演方法结合以形成可以处理多路径掩星数据的反演新方案.该方案和几何光学反演方法应用于GPS/MET和CHAMP大气掩星数据反演,成功地获得了大气参量剖面.结果表明,新反演方案是可行的、有效的GPS大气掩星反演方案.  相似文献   

2.
COSMIC大气掩星开环数据反演方法   总被引:3,自引:2,他引:1       下载免费PDF全文
COSMIC星座GPS无线电掩星探测利用GPS开环接收技术提高低层大气观测数据的质量和对上升掩星事件的跟踪能力.开环掩星观测数据受到GPS导航数据调制的影响,在其数据后处理中必须消除该影响以获得高质量的科学反演结果.利用GPS导航数据调制码数据和利用开环数据本身内在的关系等两种方法可以消除该影响.将上述方法应用于COSMIC的掩星事件个例反演,获得了修复的大气附加相位数据;并利用几何光学近似反演方法和全谱反演方法,获得了射线弯曲角. 全谱反演方法获得的弯曲角及其温度反演结果与COSMIC数据中心的结果一致,说明我们的算法是有效的.  相似文献   

3.
大气掩星反演误差特性初步分析   总被引:8,自引:5,他引:8       下载免费PDF全文
GPS大气掩星探测技术可以获得全球大气折射率、气压、密度、温度和水汽压等气象参数,该技术基本原理是基于几何光学近似的Abel积分反演.地球扁率、电离层传播时间延迟、大气大尺度水平梯度、多路径传播现象等因素在某些高度范围影响大气反演的精度.本文采用模拟的方法,分析其中地球扁率及电离层对反演结果的影响,并讨论局部圆弧修正及电离层修正的效果.利用CHAMP掩星实测轨道数据和有关电离层和大气经验模式、采用三维射线追踪方法模拟计算几种情形下的GPS掩星观测附加相位数据,对模拟数据进行反演,将反演气象参量剖面与模拟时给定模式剖面进行比较,得到了0~60 km高度范围内的反演误差.误差统计分析结果表明,局部圆弧中心的修正以及电离层修正,对于高精度的GPS掩星反演是非常重要的;电离层修正残差仍是制约30~60 km高度范围内反演精度的重要因素,进一步完善和优化大气掩星反演需要发展新的电离层修正算法.  相似文献   

4.
山基GPS掩星观测实验及其反演原理   总被引:12,自引:1,他引:12       下载免费PDF全文
分别在湖北省药姑山和九宫山的山头上开展GPS掩星观测实验,成功获取山基掩星观测数据,对掩星事件进行了分析和统计.给出利用山基掩星观测数据反演大气折射指数剖面和电波弯曲角的原理和算法.利用山基GPS掩星观测模拟数据,对反演方法进行试算和检验,结果表明反演方法准确可行.将该反演方法应用于观测数据的反演,获得了观测点高度以下的大气折射率剖面,以及电波弯曲角.实验结果和原理研究表明,山基掩星观测技术是一种潜在的低层大气环境监测新技术.  相似文献   

5.
山基GPS掩星与自动气象站观测结果比较   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
山基GPS掩星技术可以精确获得低层大气折射率信息,其观测原理是:在高山的山顶安装GPS接收机,跟踪GPS卫星的低仰角和负仰角信号,通过载波相位的变化求出大气折射造成的弯曲角剖面,从而利用科学反演方法获得观测点高度以下的大气折射率剖面.为了对山基掩星测量数据进行验证,2005年8月1日~29日,在河北雾灵山(40.60°N,117.48°E,2118m)开展了为期一个月的山基GPS掩星观测与其他探测的时比实验.实验所用的JAVAD双频GPS接收机共工作576小时,接收机朝南观测,记录到山基掩星事件1136次,其中上升掩星621次,下降掩星515次.实验期间,在雾灵山顶利用自动气象观测仪每天24小时观测当地的温度、湿度和气压,由此可计算大气折射率.本文利用雾灵山GPS掩星实验所获得的观测数据,成功反演得到大气折射率剖面,并将所得接收机高度的折射率与雾灵山顶自动气象站观测结果进行比对,分析结果表明:山基GPS掩星和自动气象站观测结果是一致的.山基GPS掩星观测可为低层大气环境监测提供大量数据,具有潜在的应用前景.  相似文献   

6.
电离层GPS掩星观测改正TEC反演方法   总被引:10,自引:3,他引:10       下载免费PDF全文
电离层掩星观测中,当低轨卫星(LEO)轨道高度较低时,轨道以上的电离层电子总含量(TEC)对掩星反演的影响不能忽略.目前,一般采用指数函数等外推方法来处理该问题,对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度,本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据,分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演,将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明:对于轨道高度约800km的GPS/MET掩星模拟数据,外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致;对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据,外推方法误差较大,改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS/MET实测数据的反演,取得了合理的结果.这些说明,改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法,尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用.  相似文献   

7.
GPS地面台网和掩星观测结合的时变三维电离层层析   总被引:9,自引:1,他引:9       下载免费PDF全文
本文给出GPS地面台网和掩星观测结合的时变三维电离层层析的原理、算法和基于实测数据的反演结果.反演结果的比较表明,联合地基GPS与掩星观测数据进行重建,电子密度整体图像的重建质量特别是其垂直结构的重建质量得到了明显改善.在平静日和磁暴期间两种条件下利用实测数据的重建结果表明,GPS地面台网和掩星观测结合的电离层层析可以获得电离层电子密度在高度-纬度-经度-时间四维空间中的变化.重建结果清晰地显示了磁暴期间电离层负相暴效应,表明结合GPS地面台网和掩星观测的时变三维电离层层析可以有效地监测扰动条件下的大尺度电离层结构.  相似文献   

8.
蒋虎  黄珹 《地球物理学报》2003,46(2):167-170
GPS掩星监测大气方法中需要载有GPS接收机的卫星的精密定轨信息,而该卫星的轨道 精度对GPS掩星监测大气的效果进行分析是十分必要的. 基于地球大气模式CIRA1986,本文采用三维射线跟踪方法模拟了有代表性的5次完整的GPS掩星事件,得到了卫星的轨道精度 对GPS掩星测量中关键参数的影响的初步结果. 结果表明,该卫星的常规轨道误差对掩星测量的影响较小,完全可以采用差分定位方法来获取掩星测量中所需要的卫星定轨信息.  相似文献   

9.
GNSS掩星中大气水汽的非线性反演   总被引:9,自引:5,他引:9       下载免费PDF全文
研究利用无线电掩星探测数据反演大气水汽参数,文中使用一维非线性方法,反演对流层水汽压廓线.首先,定义了一维目标函数,并以几何光学假设为前提,反演出电波弯曲角;将电波弯曲角作为掩星探测量,大气模式输出的温、湿参量作为初始场,代入目标函数,对目标函数求最优反演出水汽压廓线.文中给出了部分反演结果,经讨论分析认为:非线性方法反演水汽压对初始场的精度依赖较小,能够同时反演出大气温度\水汽压廓线及相应的误差分析,对数值天气预报的应用及数据同化研究具有重要意义.  相似文献   

10.
GPS测量误差对大气掩星反演精度影响分析   总被引:3,自引:1,他引:2       下载免费PDF全文
在无线电GPS大气掩星观测中,GPS和LEO卫星的位置误差、速度误差、卫星钟的漂移、载波相位观测误差等会给其反演的大气参量带来一定的误差.为定量分析上述GPS测量误差对大气掩星反演精度的影响,本文采用模拟分析的方法,利用CHAMP实测轨道数据和大气与电离层经验模式,采用三维射线追踪方法模拟得到大气附加相位观测数据;然后根据各种GPS测量误差的不同性质,在模拟掩星观测大气附加相位数据中加入GPS测量误差并进行反演,将其反演结果与未加入误差时的反演结果进行比较,分析各测量误差所带来的掩星反演误差的特点;利用一天的151个分布全球的掩星事件的误差结果进行统计分析.结果表明:(1)±10 m的GPS径向位置误差引起的温度反演误差的平均误差在30 km的高度为(-+)0.8K,标准偏差为0.05K;±0.4 m的LEO径向位置误差引起的温度反演误差的平均误差在30 km的高度为(-+)1.2K,标准偏差为0.07K.(2)仅考虑卫星速度误差对掩星几何关系的影响,则±30 m/s的GPS速度误差引起的温度反演误差的平均误差最大为±0.02K,标准偏差为0.3K;±10 m/s的LEO速度误差引起的温度反演误差的平均误差最大为±0.4K,标准偏差为0.06K.(3)当卫星钟漂为1×10-9时,反演温度误差的平均误差在30 km的高度为263K,标准偏差为16K,当卫星钟漂为1×10-14时,反演温度误差的平均误差在30km的高度为0.019K,标准偏差为0.004K.(4)当L1和L2载波相位观测误差分别为1 mm和2 mm时,引起的温度反演的平均误差在30 km的高度为0.01K,标准偏差为0.4K.(5)利用较接近真实观测的三维大气和电离层背景下的模拟附加相位数据,同时加入国际最新指标的各种GPS测量误差进行反演,误差分析结果为:在30 km以下,折射率和密度的相对误差小于0.3%(1σ),压强的相对误差小于0.5%(1σ),温度误差小于1K(1σ).  相似文献   

11.
Fresnel zone inversion for lateral heterogeneities in the earth   总被引:2,自引:0,他引:2  
We propose a different kind of seismic inversion from travel-time or waveform inversion for lateral heterogeneities in the earth: Fresnel zone inversion. Amplitude and phase delay of data in several frequency ranges are inverted for model space around ray paths with a width corresponding to the considered frequency so that primary effect of finiteness of wavelength be included. For vertically heterogeneous media, Fréchet derivatives for inversion are obtained very efficiently using the paraxial ray approximation, with nearly similar amounts of computation compared to travel-time inversion. As an example, Fréchet derivatives are computed for a teleseismic observation system for a three-dimensional structure in the lithosphere beneath an array of seismic stations. Even if the used frequency is around 2 Hz, the width of Fréchet derivatives cannot be neglected, particularly near the bottom of the lithosphere. Sensitivity of model parameters to observations is, moreover, different in our approach from conventional travel-time inversion: it is zero along ray paths but large slightly away from them. Some model calculations show that travel-time inversion, particularly with models divided into very fine meshes or blocks, might give misleading results. An example of inversion for a simple Camembert model, in the event that travel-time inversion gives no reliable results, shows how this technique works with much smaller data sets and computation than waveform inversions.  相似文献   

12.
This paper discusses Born/Rytov approximation tomographic velocity inversion methods constrained by the Fresnel zone. Calculations of the sensitivity kernel function and traveltime residuals are critical in tomographic velocity inversion. Based on the Born/Rytov approximation of the frequency-domain wave equation, we derive the traveltime sensitivity kernels of the wave equation on the band-limited wave field and simultaneously obtain the traveltime residuals based on the Rytov approximation. In contrast to single-ray tomography, the modified velocity inversion method improves the inversion stability. Tests of the near-surface velocity model and field data prove that the proposed method has higher accuracy and Computational efficiency than ray theory tomography and full waveform inversion methods.  相似文献   

13.
频率多尺度全波形速度反演   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
以二维声波方程为模型,在时间域深入研究了全波形速度反演.全波形反演要解一个非线性的最小二乘问题,是一个极小化模拟数据与已知数据之间残量的过程.针对全波形反演易陷入局部极值的困难,本文提出了基于不同尺度的频率数据的"逐级反演"策略,即先基于低频尺度的波场信息进行反演,得出一个合理的初始模型,然后再利用其他不同尺度频率的波场进行反演,并且用前一尺度的迭代反演结果作为下一尺度反演的初始模型,这样逐级进行反演.文中详细阐述和推导了理论方法及公式,包括有限差分正演模拟、速度模型修正、梯度计算和算法描述,并以Marmousi复杂构造模型为例,进行了MPI并行全波形反演数值计算,得到了较好的反演结果,验证了方法的有效性和稳健性.  相似文献   

14.
An inversion method was applied to crustal earthquakes dataset to find S-wave attenuation characteristics beneath the Eastern Tohoku region of Japan.Accelerograms from 85 shallow crustal earthquakes up to25 km depth and magnitude range between 3.5 and 5.5were analyzed to estimate the seismic quality factor Q_s. A homogeneous attenuation model Q_s for the wave propagation path was evaluated from spectral amplitudes, at 24 different frequencies between 0.5 and 20 Hz by using generalized inversion technique. To do this, non-parametric attenuation functions were calculated to observe spectral amplitude decay with hypocentral distance. Then, these functions were parameterized to estimate Q_s. It was found that in Eastern Tohoku region, the Q_s frequency dependence can be approximated with the function 33 f~(1.22) within a frequency range between 0.5 and 20 Hz. However,the frequency dependence of Q_s in the frequency range between 0.5 and 6 Hz is best approximated by Q_s(f) = 36f~(0.94) showing relatively weaker frequency dependence as compared to the relation Q_s(f) = 6 f~(2.09) for the frequency range between 6 and 15 Hz. These results could be used to estimate source and site parameters for seismic hazard assessment in the region.  相似文献   

15.
Traditional ray tomography methods based on the high frequency assumption are sometimes unable to obtain a high resolution tomographic picture due to a deficient coverage of ray paths in real applications, especially for low velocity anomalous regions. In contrast, finite-frequency ray theory is more suitable for handling real seismic propagation problems because the travel time depends not only on the velocity distribution along a central ray (or traditional geometric ray), but also on the velocity values within a region (referred to as the first Fresnel Volume) which incorporates the central ray. In this study, we develop an algorithm to calculate multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays, and then present an inversion method to simultaneous invert for both velocity and reflector geometry by using these multi-phase Fresnel Volume finite-frequency rays. Using synthetic data examples, we compare the reconstructions of the velocity field and the reflector orientation using the Fresnel Volume ray tomographic methods and the traditional ray tomography approach. Results show that the former is advantageous over the latter, especially when the ray density is relatively low. An additional benefit of the Fresnel Volume finite-frequency ray tomographic method is that it can start with a low frequency to capture the coarse velocity structure, thereby mitigating the local minimum trapping problem, and then be tuned to a high frequency for delineating the fine velocity structure.  相似文献   

16.
层析成像分辨率的研究,不仅可以帮助分析层析方法的反演能力,评价层析反演的效果,还可以帮助指导层析参数设置,优化观测系统设计等.本文对比研究了前人提出的两种菲涅耳体层析成像分辨率的计算方法,并针对其存在的问题进行了优化.文中通过对二维理论模型的定量计算,总结了菲涅耳体地震层析成像分辨率的一些规律,并将其与射线层析的分辨率...  相似文献   

17.
时移地震非线性反演压力与饱和度变化研究   总被引:2,自引:4,他引:2       下载免费PDF全文
在现有研究基础上提出基于岩石物理模型和混合优化算法的时移地震反演压力、饱和度变化方法.介绍了混合优化算法原理和适用于疏松砂岩的岩石物理模型,建立了非线性反演油藏参数变化的流程.将本方法用于某油田实际数据标定的疏松砂岩岩石物理模型,分析三组地震属性组合与油藏参数的敏感性并进行油藏参数非线性反演,结果表明敏感性不同的三组地震属性组合均能得到正确结果,表明了方法的稳定性与有效性.油藏参数反演结果整体误差小,证明非线性反演方法不受油藏参数变化范围的影响,优于线性化反演方法.  相似文献   

18.
In seismological study, most of the earthquake source rupture processes are inverted via matching the waveforms. The hypocenter location and fault parameters (such as strike direction, dip angle, etc.) are assumed firstly, and the fault is divided into a …  相似文献   

19.
低频成分缺失和地下速度强烈变化会导致严重的周期跳现象,是地震数据全波形反演的难题.通过对地震数据加时间阻尼和时间积分降主频处理,提出了一种可有效去除周期跳现象的多主频波场时间阻尼全波形反演方法.由浅到深的速度不准确会造成波形走时失配和走时失配的累积.浅部速度的准确反演可有效地减小深部波形走时失配与周期跳现象.对地震数据施加时间阻尼得到时间阻尼数据,利用不同阻尼值的时间阻尼地震数据实现由浅到深的全波形反演.低主频波场的周期跳现象相对高主频波场的要弱.对地震波场进行不同阶的时间积分以得到不同主频的波场,把低主频波场的全波形反演结果作为高主频波场全波形反演的初始模型.应用缺失4 Hz以下频谱成分的二维盐丘模型合成数据验证所提出的全波形反演方法的正确性和有效性,数值试验结果显示多主频波场的时间阻尼全波形反演方法对缺失低频成分地震数据和地下速度强烈变化具有很好的适应性.  相似文献   

20.
We present a detailed study of Western Bohemia Love waves generated by blasts with an intention to estimate the uppermost crust structure for a more detailed layer distribution than previous studies have used. The use of short-period (4 s and shorter) Love waves represents a new approach in the studied region. Properties of multiple filtering as a tool of frequency–time analysis are discussed. A new method of selecting the dispersion ridges is introduced. Tests of filtering are provided by analyzing signals with analytically known dispersion. The isometric algorithm for the inversion problem is applied, the problem of non-uniqueness is discussed, and tests of reliability of the inversion are presented. During the inversion, the forward problem is solved by use of the matrix method. Six records of blasts from the Western Bohemia region are analyzed to separate the fundamental modes of Love wavegroups, and shear wave velocity distributions down to a depth of 3.0 km are inferred. Modal summation is used to compute synthetic velocigrams, which are compared to measured ones. The lateral heterogeneity of the region is discussed and the presented models are compared to those of previous studies and to the geological setting of the region.  相似文献   

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