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专利号: 202110488637X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,使用变量投影法分离非线性函数中的线性参数与非线性参数,结合矩阵的奇异值分解法对两类参数分别求解;

所述奇异值分解法中,对分解后的U、S、V三个矩阵中的S矩阵进行修正。

2.根据权利要求1所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述变量投影法分离非线性参数的步骤为:可分离非线性最小二乘问题的模型是非线性函数的线性组合形式,其观测方程用矩阵表示为:

y=Φβ+r (1);

式中, 为非线性函数, 为Φ的每个列向量, 包含T T

了模型变量t和非线性参数α=(α1,α2,…,αn) ;β=(β1,β2,…,βn)是线性参数;n为非线性参数或线性参数的个数;y为t对应的已知观测数据,观测值个数为m;r为残差向量;

式(1)的求解式为:

T

将矩阵Φ通过奇异值分解法分解为U、S、V三个矩阵相乘的形式:Φ=USV ,令U=[U1 U2],其中U1、U2分别为m×r、m×(m‑r)阶矩阵,r为Φ的秩;

+

令式(2)中的β计算按下式:β=Φy,结合Φ的奇异值分解式,得变量投影函数如下:+

式中,Φ 是Φ的广义逆矩阵,rSVD表示基于奇异值分解的残差向量表达形式;利用LM算法迭代,求解使得残差平方和 最小的非线性参数α。

3.根据权利要求2所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述变量投影法分离线性参数的步骤为:+

对于良态方程组,求解线性参数β如下式:β=Φy (4);

+ ‑1 T

对于病态方程组,求解线性参数β如下式:β=Φy=VS Uy (5)。

4.根据权利要求3所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述对S矩阵进行修正的具体方法为:+

令式(5)中的Φ按下式计算:式中, 表示Φ的每个奇

异值,m(k)为奇异值的修正项,k为修正参数。

5.根据权利要求3所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,式(5)更换为:

式中, 表示Φ的第i个奇异值, 表示最小奇异值,表示最大奇异值,s为截断参数,s<r,k为修正参数。

6.根据权利要求5所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述截断参数s的确定方法为:利用L曲线法确定截断参数s,以 为横坐标, 为纵坐标,假定函数模型y=f(x),以 为样本点进行拟合,求解模型参数并绘制曲线,由下式计算曲线的曲率ρ: 曲率最大的点对应的参数s即为截断参数。

7.根据权利要求5所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述修正参数k的确定方法为:利用H‑K公式确定修正参数k,可分离非线性最小二乘问题的观测方程为y=Φβ+r,设T

(ω1,…,ωn)为ΦΦ特征根(λ1,…,λn)对应的特征向量,由下式计算修正参数k:式中, 表示 中第i个

元素,Ω=(ω1,…,ωn),Λ=diag(λ1,…,λn)。

8.根据权利要求2所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,一种局部地区坐标转换参数的解算方法,包括:S1.选取一组点位坐标作为原点,将坐标转换的实验数据代入局部地区坐标转换模型:式中,(X10,Y10,Z10),(X20,Y20,Z20)为原点分别在两空间直角坐标系下的坐标值,(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)表示点位分别在两空间直角坐标系下的坐标值,c为缩放尺度,即线性参数,(α,β,γ)旋转参数,即非线性参数,模型对应的残差函数表达式的矩阵形式如式(1)所示;

S2.将非线性矩阵Φ进行SVD分解,并结合式(3)得到其对应的变量投影函数表达式;

S3.在最小二乘原则下对基于SVD分解的变量投影函数进行迭代解算,求得旋转参数,即非线性参数;

S4.利用式(4)解得缩放参数,即线性参数。

9.根据权利要求5所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,一种高程异常的计算方法,包括:(1)将实验数据代入对数函数拟合模型形成可分离非线性方程组,模型对应的残差函数表达式的矩阵形式如式(1)所示;

T

(2)将矩阵Φ进行SVD分解,Φ=USV,得到其对应的变量投影函数表达式;

(3)在最小二乘原则下对基于SVD分解的变量投影函数进行迭代解算,求得非线性参数;

(4)按照式(7)处理矩阵S中的奇异值,得到其对应逆阵 按式(6)计算得到线性参数。

10.根据权利要求9所述的病态可分离非线性最小二乘问题的一种解算方法,其特征在于,所述对数函数拟合模型为:

2 2

Ξ(α,β;X,Y)=β0+β1lnα1X+β2lnα2Y+β3lnα3X+β4lnα4Y+β5lnα5X lnα6Y;

式中,X,Y分别表示控制点的坐标值,待求参数为:T T

非线性参数α=(α1,α2,α3,α4,α5,α6) 和线性参数β=(β0,β1,β2,β3,β4,β5) 。