一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法

摘要

本发明公开了一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法，基本步骤为：将重力卫星数据采用插值的方式处理成为和卫星测高重力数据相同大小的数据矩阵；采用bior2.2小波对两种数据分别进行2层小波分解，得到一个低频系数分量和六个高频系数分量；提取卫星测高重力数据的低频系数分量作为融合数据的低频系数分量；分别将两种数据的两层高频系数分量进行加权融合，作为融合数据的高频系数分量；将融合数据的低频和高频系数分量采用bior2.2小波进行重构，得到重力融合数据。本发明提供的方法充分考虑卫星测高重力数据与重力卫星数据在频率域上的精度特点，通过开展数据融合提高海洋重力场的数据精度。

说明书

技术领域

本发明涉及数字融合技术领域，尤其涉及海洋多源重力数据融合的应用领域，具体说是一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法。

背景技术

测高卫星和重力卫星是采用遥感方式建立海洋重力场的两种重要方式。目前，基于测高卫星获取的海洋重力数据空间分辨率可达到1分，而重力卫星数据的空间分辨率则为100公里，两类数据的空间分辨率相差较大，在频率域代表的频率信息精度不同，如何将不同空间分辨率、不同精度的遥感重力数据进行融合处理，在保证空间分辨率的同时提高数据精度，对于建立海洋重力场具有重要意义。

小波变换可以将空间域的数据按照不同的尺度，变换到不同大小频率值的频率域，能够对不同尺度下的高低频率进行分别处理，实现数据融合的目的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法，充分考虑卫星测高重力数据与重力卫星数据在频率域上的精度特点，通过开展数据融合提高海洋重力场的数据精度。

(二)技术方案

本发明包含以下步骤：

(1)将重力卫星数据进行插值处理，使其和卫星测高重力数据的空间分辨率保持一致；

(2)对卫星测高重力数据进行2层小波分解，得到一个低频系数分量aLL、两个水平高频系数分量aHL1和aHL2、两个垂直高频系数分量aLH1和aLH2、以及两个对角高频系数分量aHH1和aHH2；

(3)对重力卫星数据进行2层小波分解，得到一个低频系数分量sLL、两个水平高频系数分量sHL1和sHL2、两个垂直高频系数分量sLH1和sLH2、以及两个对角高频系数分量sHH1和sHH2；

(4)提取卫星测高重力数据分解结果中的低频系数分量aLL，作为融合数据的低频系数分量fLL，即fLL＝aLL；

(5)将分解结果中，卫星测高重力数据的第一层高频系数分量aHL1、aLH1、aHH1和重力卫星数据的第一层高频系数分量sHL1、sLH1、sHH1分别进行加权融合，得到融合数据的第一层高频系数分量fHL1、fLH1、fHH1，即

fHL1＝x₁·aHL1+y₁·sHL1，fLH1＝x₁·aLH1+y₁·sLH1，fHH1＝x₁·aHH1+y₁·sHH1，

其中，x₁和y₁为卫星测高重力数据和重力卫星数据第一层的加权系数；

(6)将分解结果中，卫星测高重力数据的第二层高频系数分量aHL2、aLH2、aHH2和重力卫星数据的第二层高频系数分量sHL2、sLH2、sHH2分别进行加权融合，得到融合数据的第二层高频系数分量fHL2、fLH2、fHH2，即

fHL2＝x₂·aHL2+y₂·sHL2，fLH2＝x₂·aLH2+y₂·sLH2，fHH2＝x₂·aHH2+y₂·sHH2

其中，x₂和y₂为卫星测高重力数据和重力卫星数据第二层的加权系数；

(7)利用步骤(4)中的低频系数分量以及步骤(5)和(6)的高频系数分量进行小波重构，得到海洋重力融合数据；

其中，aLL表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的低频系数分量；

aHL1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层水平高频系数分量；

aLH1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层垂直高频系数分量；

aHH1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层对角高频系数分量；

aHL2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层水平高频系数分量；

aLH2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层垂直高频系数分量；

aHH2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层对角高频系数分量；

sLL表示重力卫星数据两层小波分解结果的低频系数分量；

sHL1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层水平高频系数分量；

sLH1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层垂直高频系数分量；

sHH1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层对角高频系数分量；

fLL表示融合数据的低频系数分量；

fHL1表示融合数据的第一层水平高频系数分量；

fLH1表示融合数据的第一层垂直高频系数分量；

fHH1表示融合数据的第一层对角高频系数分量；

fHL2表示融合数据的第二层水平高频系数分量；

fLH2表示融合数据的第二层垂直高频系数分量；

fHH2表示融合数据的第二层对角高频系数分量。

进一步，所述步骤(1)中插值处理的方法是三次多项式插值的方式。

进一步，所述步骤(2)和(3)中小波分解层数等于2，小波基函数是bior2.2小波。

进一步，所述步骤(5)中加权融合的权重因子，卫星测高重力数据和重力卫星数据分别为x₁＝0.5，y₁＝0.5。

进一步，所述步骤(6)中加权融合的权重因子，卫星测高重力数据和重力卫星数据分别为x₂＝0.5和y₂＝0.5。

进一步，所述步骤(7)中小波重构的基函数是bior2.2小波。

(三)有益效果

本发明的优点体现在：

由于卫星测高重力数据和重力卫星数据之间的空间分辨率和精度不一致，很难通过空间域融合的方法开展数据处理，本发明从信号处理角度考虑，在频率域上开展两种数据融合，以提高数据精度。通过小波分解、频域处理、重构的过程将卫星测高重力数据和重力卫星数据对数据精度有用的信息进行了融合，对于提高海洋重力场的数据精度具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施的步骤流程图，

图2为第一层高频系数融合示意图，

图3为第二层高频系数融合示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：

参照图1，本发明的具体实施步骤为：

(1)将重力卫星数据进行插值处理，使其和卫星测高重力数据的空间分辨率保持一致；

其中，所使用的预处理方法是三次多项式插值，得到预处理后的和卫星测高重力数据大小一致的重力卫星数据。

(2)对卫星测高重力数据进行2层小波分解，得到一个低频系数分量aLL、两个水平高频系数分量aHL1和aHL2、两个垂直高频系数分量aLH1和aLH2、以及两个对角高频系数分量aHH1和aHH2；

其中，小波分解层数为2层，小波函数是bior2.2小波。

(3)对重力卫星数据进行2层小波分解，得到一个低频系数分量sLL、两个水平高频系数分量sHL1和sHL2、两个垂直高频系数分量sLH1和sLH2、以及两个对角高频系数分量sHH1和sHH2；

其中，小波分解层数为2层，小波函数是bior2.2小波。

(4)提取卫星测高重力数据分解结果中的低频系数分量aLL，作为融合数据的低频系数分量fLL，即fLL＝aLL；即选择可靠性比较强的卫星测高重力数据的低频成分，作为融合结果的低频。

(5)参照附图2，将分解结果中，卫星测高重力数据的第一层高频系数分量aHL1、aLH1、aHH1和重力卫星数据的第一层高频系数分量sHL1、sLH1、sHH1分别进行加权融合，得到融合数据的第一层高频系数分量fHL1、fLH1、fHH1，即

fHL1＝x₁·aHL1+y₁·sHL1，fLH1＝x₁·aLH1+y₁·sLH1，fHH1＝x₁·aHH1+y₁·sHH1

其中，x₁和y₁为卫星测高重力数据和重力卫星数据第一层的加权系数，其大小分别为0.5和0.5。

(6)参照附图3，将分解结果中，卫星测高重力数据的第二层高频系数分量aHL2、aLH2、aHH2和重力卫星数据的第二层高频系数分量sHL2、sLH2、sHH2分别进行加权融合，得到融合数据的第二层高频系数分量fHL2、fLH2、fHH2，即

fHL2＝x₂·aHL2+y₂·sHL2，fLH2＝x₂·aLH2+y₂·sLH2，fHH2＝x₂·aHH2+y₂·sHH2

其中，x₂和y₂为卫星测高重力数据和重力卫星数据第二层的加权系数，其大小分别为0.5和0.5。

(7)利用步骤(4)中的低频系数分量以及步骤(5)和(6)的高频系数分量进行小波重构，得到海洋重力融合数据；

上述步骤中：aLL表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的低频系数分量；

aHL1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层水平高频系数分量；

aLH1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层垂直高频系数分量；

aHH1表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第一层对角高频系数分量；

aHL2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层水平高频系数分量；

aLH2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层垂直高频系数分量；

aHH2表示卫星测高重力数据两层小波分解结果的第二层对角高频系数分量；

sLL表示重力卫星数据两层小波分解结果的低频系数分量；

sHL1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层水平高频系数分量；

sLH1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层垂直高频系数分量；

sHH1表示重力卫星数据两层小波分解结果的第一层对角高频系数分量；

fLL表示融合数据的低频系数分量；

fHL1表示融合数据的第一层水平高频系数分量；

fLH1表示融合数据的第一层垂直高频系数分量；

fHH1表示融合数据的第一层对角高频系数分量；

fHL2表示融合数据的第二层水平高频系数分量；

fLH2表示融合数据的第二层垂直高频系数分量；

fHH2表示融合数据的第二层对角高频系数分量。