类地行星重磁及梯度张量数据物性反演方法研究与应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘升
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| 答辩日期 | 2022-05-25 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘祥 |
| 关键词 | 重磁反演，模糊聚类方法，交叉梯度约束，结构相似性指数，相关分析约束 |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Inversion Methods of Physical Property and Applications in Terrestrial Planets from Gravity & Magnetic and Their Gradient Tensor Data |
| 英文摘要 | 随着航空航天技术的发展，利用地球物理技术能够探测类地行星深部的物理性质，包括重力、磁法、电磁、地震与地热等手段。重磁数据具有采集便捷、代价小和效率高的特点，已经广泛地应用于类地行星内部结构探测中。重磁数据的物性反演能够得到物性模型参数的空间分布，能为后续的地质解释提供有效的参考资料。但是，重磁数据物性反演存在严重的非唯一性。因此，本文以改善重磁数据物性反演的多解性为出发点，开展重磁数据物性反演方法的研究，为类地行星深部探测提供高效的和高精度的技术方法。本文主要的内容如下： （1）总结了二度体与三度体的重磁及其梯度张量数据的正演理论。继而，介绍了物性反演的基本理论，包含反演的目标函数、不同的正则化技术、深度加权约束与正则化因子选取的方法等，为后续的物性反演奠定了一定的基础。 （2）提出了一种基于离散的先验物性信息的模糊聚类（FCM）反演方法，使用信息熵约束来充分考虑物性模型参数的空间分布特征，得到更合理的聚类中心值。进而提出了FCM约束项加权参数的自动搜索算法，得以快速地选择合适的加权参数。其次，基于边缘识别方法进行优化处理，降低剖分单元个数和优化局部加权参数。并将上述优化处理结合到FCM反演中，提升了反演效率和反演精度。最后，基于弹性网正则化技术、模型加权与重加权的策略实现了参数域中的重磁及梯度张量数据的模糊聚类联合反演，改善了反演物性模型的深度分辨率，降低了非唯一性。 （3）采用三元组策略进行优化存储与计算涉及到物性模型梯度向量的计算，实现了快速交叉梯度联合反演。使用三元组方法时，模型梯度以及交叉梯度约束项的梯度等所需的存储压缩量变为模型剖分单元个数分之一。通过模型数据与实际数据进行改进方法的验证，表明该方法能够实现结构一致性约束，降低非唯一性，节省计算资源，并提升了计算效率。 （4）提出了一种基于结构一致性约束的联合方法。将结构相似性指数（SSIM）的分数形式转化为相减形式，解决了可能会出现解析奇点的问题，并最终形成了用于重磁数据联合反演的新型的结构一致性约束。将合成数据和实际数据应用于SSIM联合反演，并与交叉梯度联合反演方法进行对比，证明了提出方法的正确性和有效性。 （5）提出了一种具有高精度和高效率的相关分析联合反演算法，将模型空间（MS）中的相关分析联合反演的计算转化为数据空间（DS）中的等效计算，这减少了计算公式中矩阵的维度。采用改进的共轭梯度（ICG）方法进行反演计算，此方法便于结合包含稀疏因子的稳定函数，得以提高反演模型的分辨率。使用合成数据和实际数据对DS-ICG相关分析联合反演方法进行测试，证明了拓展的方法可以有效地减少计算量，并改善反演的非唯一性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 169 |
| 源URL | [http://ir.xao.ac.cn/handle/45760611-7/5161]  |
| 专题 | 研究生 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘升. 类地行星重磁及梯度张量数据物性反演方法研究与应用[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆天文台
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