本發(fā)明屬于空間大地測量領(lǐng)域，是涉及一種基于固有周期項提取的奇異譜分析重構(gòu)地球流體有效角動量時序的技術(shù)方案。

背景技術(shù)：

1、隨著空間大地測量技術(shù)的發(fā)展，地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的測定精度和時間分辨率不斷提高，使得人們可以觀測到大氣、海洋、水文等各種動力學(xué)效應(yīng)對地球自轉(zhuǎn)變化的影響。尤其是短期地球自轉(zhuǎn)變化，離不開大氣、海洋、陸地水和海平面等物理激發(fā)源的作用。由于固體地球與流體圈層組成的系統(tǒng)角動量守恒，大氣、海洋、陸地水等圈層的物質(zhì)重分布和相對運(yùn)動將引起角動量的交換。地球流體有效角動量(effective?angular?momentum，eam，亦稱為激發(fā)函數(shù))能夠定量表征這些激發(fā)源對地球自轉(zhuǎn)變化的貢獻(xiàn)，其中，eam數(shù)據(jù)集包含大氣角動量(atmospheric?angular?momentum,aam)、陸地水角動量(hydrological?angularmomentum,ham)、海洋角動量(oceanic?angular?momentum,oam)和海平面角動量(sealevel?effective?angular?momentum,slam)四種有效角動量分量。

2、隨著地球動力學(xué)模型的建立和完善，地球流體有效角動量的預(yù)報精度大幅提升。融合大氣和海洋有效角動量的預(yù)報方法能夠較好地處理地球自轉(zhuǎn)的高頻隨機(jī)變化，從而顯著提高地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的短期預(yù)報?？梢?，梳理和研究地球流體有效角動量對于提升地球自轉(zhuǎn)參數(shù)預(yù)報精度的重要性不言而喻。

3、1.當(dāng)前分析地球流體有效角動量的時變特性常用方法包括最小二乘擬合法、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解等，其通常與地球定向參數(shù)綜合04(earth?orientation?parameters?combined04,eop?c04)序列相結(jié)合進(jìn)行分析，以更好地理解地球自轉(zhuǎn)的變化。然而，由于不同數(shù)據(jù)集的時間分辨率存在差異，這為分析帶來了一定的挑戰(zhàn)。例如，eop?c04序列時間分辨率為24h(00：00utc)，而aam和oam的時間分辨率為3h(00：00utc)，ham和slam的時間分辨率為24h(12：00utc)。

4、2.奇異譜分析ssa是一種提取時間序列準(zhǔn)周期信號的有效方法，其中合適的滯后窗口長度對提取固有周期項至關(guān)重要。若窗口長度過長，會增加分解模型的訓(xùn)練時間，降低重構(gòu)精度；若窗口長度過短，則無法充分捕捉到時間序列中的有效信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種基于固有周期項提取的奇異譜分析重構(gòu)地球流體有效角動量時序的技術(shù)方案。

2、本發(fā)明提供一種地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，進(jìn)行以下過程，

3、獲取地球流體有效角動量eam，通過線性插值獲取原始地球流體有效角動量時間序列，利用快速傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，獲取固有周期項；

4、基于周年擺動和錢德勒擺動周期設(shè)置滯后窗口長度，進(jìn)行奇異值分解分組和重構(gòu)，獲取周期時序、趨勢時序和殘差時序；

5、通過快速傅里葉變換對分解所得周期時序、趨勢時序和殘差時序進(jìn)行頻譜分析，判斷與頻譜分析所得的頻譜特征是否相同，若不相同則繼續(xù)分解周期項；否則重構(gòu)地球流體有效角動量時序。

6、而且，通過線性插值獲取的原始地球流體有效角動量時間序列，包括第一赤道分量、第二赤道分量和軸向分量。

7、而且，滯后窗口長度設(shè)置為6年。

8、而且，所述進(jìn)行奇異值分解分組和重構(gòu)，包括根據(jù)原始地球流體有效角動量時間序列建立軌跡矩陣，計算軌跡矩陣相應(yīng)協(xié)方差矩陣的特征值，得到特征向量；將時間序列投影到特征向量上，得到相應(yīng)的時間主成分；進(jìn)行基于特征向量與信號強(qiáng)度的自適應(yīng)加權(quán)重構(gòu)。

9、而且，當(dāng)存在長度為n的一維時間序列，滯后窗口長度為m，n為原始地球流體有效角動量時間序列長度，則軌跡矩陣x表達(dá)如下，

10、

11、其中，x1、x2…xn分別為時間序列中時間采樣點1、2…、n的對應(yīng)觀測值。

12、而且，通過計算軌跡矩陣x相應(yīng)協(xié)方差矩陣tx的特征值，得到按照從大到小降序排列的m個特征值λ1≥λ2≥...≥λm，以及特征向量ej,k，將時間序列投影到特征向量ej,k上，得到相應(yīng)的時間主成分ai,k，i為時序索引，j為窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)標(biāo)記，k為時間經(jīng)驗正交函數(shù)的索引。

13、而且，所述進(jìn)行基于特征向量與信號強(qiáng)度的自適應(yīng)加權(quán)重構(gòu)，包括在重構(gòu)時引入一個權(quán)重函數(shù)w(λj)，利用第k次主成分重構(gòu)第k層的信號分量，

14、

15、式中，權(quán)重函數(shù)w(λj)定義為

16、另一方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如上所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

17、另一方面，本發(fā)明提供一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

18、另一方面，本發(fā)明提供一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

19、本發(fā)明提出的技術(shù)方案，和現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點在于：

20、1)提出了一種線性插值方法，通過該方法可以有效地解決不同數(shù)據(jù)集時間分辨率不一致的問題，確保數(shù)據(jù)融合和分析時間戳對齊和一致性，從而提高地球流體有效角動量重構(gòu)精度。

21、2)提出了一種設(shè)定穩(wěn)定滯后窗口的奇異譜分析方法。該方法能夠在確保信號完整性的同時，避免信號混疊現(xiàn)象，從而提高準(zhǔn)周期信號的提取精度。

22、本發(fā)明方案實施簡單方便，實用性強(qiáng)，解決了相關(guān)技術(shù)存在的實用性低及實際應(yīng)用不便的問題，能夠提高用戶體驗，具有重要的市場價值。

技術(shù)特征：

1.一種地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：進(jìn)行以下過程，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：通過線性插值獲取的原始地球流體有效角動量時間序列，包括第一赤道分量、第二赤道分量和軸向分量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：滯后窗口長度設(shè)置為6年。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：所述進(jìn)行奇異值分解分組和重構(gòu)，包括根據(jù)原始地球流體有效角動量時間序列建立軌跡矩陣，計算軌跡矩陣相應(yīng)協(xié)方差矩陣的特征值，得到特征向量；將時間序列投影到特征向量上，得到相應(yīng)的時間主成分；進(jìn)行基于特征向量與信號強(qiáng)度的自適應(yīng)加權(quán)重構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：當(dāng)存在長度為n的一維時間序列，滯后窗口長度為m，n為原始地球流體有效角動量時間序列長度，則軌跡矩陣x表達(dá)如下，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：通過計算軌跡矩陣x相應(yīng)協(xié)方差矩陣tx的特征值，得到按照從大到小降序排列的m個特征值λ1≥λ2≥...≥λm，以及特征向量ej,k，將時間序列投影到特征向量ej,k上，得到相應(yīng)的時間主成分ai,k，i為時序索引，j為窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)標(biāo)記，k為時間經(jīng)驗正交函數(shù)的索引。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法，其特征在于：所述進(jìn)行基于特征向量與信號強(qiáng)度的自適應(yīng)加權(quán)重構(gòu)，包括在重構(gòu)時引入一個權(quán)重函數(shù)w(λj)，利用第k次主成分重構(gòu)第k層的信號分量，

8.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

9.一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于：所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

10.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，其特征在于：所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種地球流體有效角動量時序重構(gòu)方法及設(shè)備，獲取地球流體有效角動量，通過線性插值獲取原始地球流體有效角動量時間序列，利用快速傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，獲取固有周期項；基于周年擺動和錢德勒擺動周期設(shè)置滯后窗口長度，進(jìn)行奇異值分解分組和重構(gòu)，獲取周期時序、趨勢時序和殘差時序；通過快速傅里葉變換對分解所得周期時序、趨勢時序和殘差時序進(jìn)行頻譜分析，判斷與頻譜分析所得頻譜特征是否相同，不相同則繼續(xù)分解周期項；否則重構(gòu)地球流體有效角動量時序。本發(fā)明提出設(shè)定穩(wěn)定滯后窗口的奇異譜分析方案，能夠確保信號完整性，避免信號混疊，提高準(zhǔn)周期信號的提取精度；同時確保數(shù)據(jù)融合一致性，提高地球流體有效角動量重構(gòu)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李昭,俞克豪,姜衛(wèi)平,龍靖雯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6