[发明专利]利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法及系统、设备

权利要求书

1.一种利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1，根据研究区域范围大小和GPS测站数量将研究区划分为均匀格网，并根据质量负荷格林函数建立GPS垂直形变与区域陆地水储量变化之间的关系；

步骤2，根据GPS测站经纬度与格网经纬度采用格林函数计算设计矩阵，然后利用设计矩阵将GPS垂直形变映射到区域陆地水储量变化形成观测方程，并根据观测方程形成法方程；

步骤3，建立先验水文模型与区域陆地水储量变化之间的观测方程，并根据水文模型计算先验协方差矩阵；

步骤4，利用步骤2所得结果根据最小二乘联合平差反演区域陆地水储量变化，包括根据法方程并结合步骤3中的观测方程以及先验协方差矩阵，形成GPS垂直形变反演区域陆地水储量变化的反演模型；预设正则化参数和观测值噪声方差的初始值，采用基于数据驱动的自适应迭代方式确定最优正则化参数，进而得到基于先验协方差约束反演的区域陆地水储量变化。

2.如权利要求1所述的利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：步骤1中，GPS垂直形变与区域陆地水储量变化之间的关系表示为，

u(θ)＝ΔM×G(θ)，

其中，u(θ)为GPS垂直形变；ΔM为陆地水质量负荷；G(θ)为质量负荷格林函数，表示为：

其中，M_R为地球质量；R为地球平均半径；h_n为负荷Love数；θ为陆地水质量负荷与GPS测站之间的角距；p_n为勒让德多项式，n为阶数。

3.如权利要求1所述的利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：步骤2中利用设计矩阵将GPS垂直形变映射到区域陆地水储量变化形成观测方程，表达式如下：

其中，y为GPS垂直形变观测向量，A是与观测值相对应的格林函数设计矩阵，x是待估的陆地水储量变化向量，e和分别是垂直形变观测值对应的残差向量和误差方差，I是和GPS垂直形变观测向量长度相对应的单位矩阵。

4.如权利要求3所述的利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：步骤2中的反演法方程表达式如下：

其中，N＝A^TPA，A^T是A的转置，P是垂直形变观测值向量y对应的权阵，是待求解的区域陆地水储量变化参数向量，W为法向量，W＝A^TPy。

5.如权利要求4所述的利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：步骤3中，先验水文模型与陆地水储量变化之间的观测方程为x₀＝I_xx+e₀,e₀(0,C_x)，利用先验水文模型计算的先验协方差矩阵对反演结果进行约束。

6.如权利要求5所述的利用GPS反演区域陆地水储量变化的方法，其特征在于：步骤4中根据法方程并结合先验约束方程形成GPS垂直形变反演区域陆地水储量变化的反演模型，即形成反演目标函数：min{‖Ax-y²‖²+α‖x-x₀‖²}，其中α为正则化参数，min表示最小化目标函数，当观测值与模型以及约束矩阵的残差二范数最小时则求出最优的待估的区域水储量变化参数x；

则待求的区域陆地水储量变化参数估计值的反演模型表示为：

其中给定一个初始值，并通过数据驱动的自适应迭代方式确定最优正则化参数进而求解区域陆地水储量变化结果。