地磁場作為基本的地球物理場,廣泛應用在地震檢測、勘探、自主導航、定姿/定向、空間天氣預報等領域中。近年來,隨著空間磁測、航天磁測技術的不斷發(fā)展,國內(nèi)外的學者對地磁場隨時間和空間變化規(guī)律的研究日漸深入,相繼建立了一系列高階高精度的地磁場參考模型。高階次地磁模型計算量巨大,如何實現(xiàn)地磁場模型高效快速計算是加速高精度地磁模型工程化應用的核心問題。本文從地磁模型理論及物理處理兩個層面出發(fā),一方面,對地磁場參考模型中球諧函數(shù)快速計算開展相關研究;另一方面,通過并行處理技術提高地磁圖中多點計算效率。首先,從地磁模型球諧函數(shù)入手,得到其一般形式的解——連帶勒讓德函數(shù);其次,對其變形形式——施密特半正交勒讓德函數(shù)的快速遞推算法進行研究,給出了前向列遞推、前向行遞推、跨階次遞推、非正常球諧函數(shù)遞推等方法在不同階/次下計算公式,并基于現(xiàn)有的主流地磁模型IGRF、WMM、MF7、EMM2010 （含NGDC720）對各算法的計算效率進行仿真比對;最后,基于并行加速技術設計完成地磁圖可視化軟件,有效提高區(qū)域多點地磁場矢量的計算速度,最終實現(xiàn)區(qū)域地磁圖的快速繪制。研究結(jié)果表明:上述快速計算方法計算精度相當,隨著... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 相關領域研究現(xiàn)狀
        1.2.1 地磁場參考模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 締合勒讓德函數(shù)計算研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的主要工作
2 地磁場基本理論
    2.1 地磁場要素以及常用坐標系統(tǒng)
        2.1.1 地磁場要素
        2.1.2 常用坐標系統(tǒng)
    2.2 地磁場的分類以及組成
        2.2.1 主磁場
        2.2.2 地殼磁場
        2.2.3 感應磁場
        2.2.4 地球變化磁場
    2.3 球諧函數(shù)
        2.3.1 球諧函數(shù)的解
        2.3.2 勒讓德函數(shù)
        2.3.3 連帶勒讓德函數(shù)
    2.4 本章小結(jié)
3 地磁場參考模型快速計算
    3.1 地磁參考模型計算求解
        3.1.1 地磁場參考模型的解
        3.1.2 勒讓德函數(shù)的不同形式
    3.2 遞推方法
        3.2.1 施密特半正交勒讓德函數(shù)前向列遞推法
        3.2.2 施密特半正交勒讓德函數(shù)前向行遞推法
        3.2.3 施密特半正交勒讓德函數(shù)跨階次遞推算法
        3.2.4 施密特半正交勒讓德函數(shù)非正常球諧函數(shù)遞推法
    3.3 常用的主要地磁場參考模型
        3.3.1 IGRF11模型
        3.3.2 WMM2010模型
        3.3.3 MF7模型
        3.3.4 EMM2010模型
    3.4 地磁參考模型快速計算仿真
        3.4.1 IGRF11模型快速計算仿真
        3.4.2 WMM2010模型快速計算仿真
        3.4.3 MF7模型快速計算仿真
        3.4.4 EMM2010模型快速計算仿真
    3.5 遞推算法效率綜合對比分析
    3.6 本章小結(jié)
4 基于GPU的地磁場并行計算研究
    4.1 Cuda簡介
        4.1.1 Cuda硬件架構
        4.1.2 Cuda軟件架構
    4.2 軟件框架
        4.2.1 軟件各功能模塊簡介
        4.2.2 基于Cuda的軟件編程模型
    4.3 地磁場參考模型快速計算實現(xiàn)流程
    4.4 仿真計算結(jié)果
        4.4.1 IGRF11模型仿真
        4.4.2 EMM2010模型仿真
        4.4.3 計算效率分析與評估
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)和展望
致謝
參考文獻


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于IGRF地磁場模型的航天器地磁干擾力矩數(shù)值仿真[J]. 董宜煊,陳金剛.  航天器環(huán)境工程. 2016(04)
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[5]世界地磁場模型WMM2015誤差分析與評估[J]. 趙希亮,邊剛,金紹華,王美娜,劉強.  海洋測繪. 2016(03)
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碩士論文
[1]利用衛(wèi)星重力場模型反演區(qū)域地殼密度[D]. 劉國仕.長安大學 2014
[2]快速逼近彈道擾動引力的算法研究[D]. 張皞.解放軍信息工程大學 2007



本文編號：3155597