86-08 Computational methods
Refine
Document Type
- Preprint (4)
Has Fulltext
- yes (4)
Keywords
- Multivariate Approximation (2)
- approximate identity (2)
- Approximation (1)
- Approximative Identität (1)
- CHAMP-Mission (1)
- Faltung (1)
- Faltung <Mathematik> (1)
- Geodäsie (1)
- Gleichmäßige Approximation (1)
- Gravitation (1)
Faculty / Organisational entity
Using a stereographical projection to the plane we construct an O(N log(N)) algorithm to approximate scattered data in N points by orthogonal, compactly supported wavelets on the surface of a 2-sphere or a local subset of it. In fact, the sphere is not treated all at once, but is split into subdomains whose results are combined afterwards. After choosing the center of the area of interest the scattered data points are mapped from the sphere to the tangential plane through that point. By combining a k-nearest neighbor search algorithm and the two dimensional fast wavelet transform a fast approximation of the data is computed and mapped back to the sphere. The algorithm is tested with nearly 1 million data points and yields an approximation with 0.35% relative errors in roughly 2 minutes on a standard computer using our MATLAB implementation. The method is very flexible and allows the application of the full range of two dimensional wavelets.
We present a constructive theory for locally supported approximate identities on the unit ball in \(\mathbb{R}^3\). The uniform convergence of the convolutions of the derived kernels with an arbitrary continuous function \(f\) to \(f\), i.e. the defining property of an approximate identity, is proved. Moreover, an explicit representation for a class of such kernels is given. The original publication is available at www.springerlink.com
We introduce a method to construct approximate identities on the 2-sphere which have an optimal localization. This approach can be used to accelerate the calculations of approximations on the 2-sphere essentially with a comparably small increase of the error. The localization measure in the optimization problem includes a weight function which can be chosen under some constraints. For each choice of weight function existence and uniqueness of the optimal kernel are proved as well as the generation of an approximate identity in the bandlimited case. Moreover, the optimally localizing approximate identity for a certain weight function is calculated and numerically tested.
Die Bestimmung des Erdgravitationspotentials aus den Meßdaten des Forschungssatelliten CHAMP lässt sich als Operatorgleichung formulieren (SST-Problem). Dieser Ansatz geht davon aus, dass ein geometrischer Orbit des Satelliten CHAMP vorliegt. Mittels numerischer Differentiation unter Einsatz eines geeigneten Denoising Verfahrens kann dann aus dem geometrischen Orbit der Gradient des Potentials längs der Bahn bestimmt werden. Damit sind insbesondere die Radialableitung (und der Flächengradient) auf einem Punktgitter auf der Bahn bekannt. In einem erdfesten System stellt sich dies als eine nahezu vollständige Überdeckung der Erde (bis auf Polar Gaps) mit einem ziemlich dichten Datengitter auf Flughöhe des Satelliten dar. Die Lösung der SST-Operatorgleichung (Bestimmung des Potentials auf der Erdoberfläche aus Kenntnis der Radialableitung auf einem Datengitter auf Flughöhe) ist ein schlecht gestelltes inverses Problem, das mit einer geeigneten Regularisierungstechnik gelöst werden muß. Im vorliegenden Fall wurde eine solche Regularisierung mit Hilfe von nicht-bandlimitierten Regularisierungsskalierungsfunktionen und Regularisierungswavelets umgesetzt. Diese sind stark ortslokalisierend und führen daher auf ein Potentialmodell, welches eine Linearkombination stark ortslokalisierender Funktionen ist. Ein solches Modell kann als Lokalmodell auch aus nur lokalen Daten berechnet werden und bietet daher gegenüber Kugelfunktionsmodellen wie EGM96 erhebliche Vorteile für die moderne Geopotentialbestimmung. Die Diskretisierung und numerische Umsetzung der Berechnung eines solchen Modells erfolgt mit Splines, die hier ebenfalls Linearkombinationen stark ortslokalisierender Funktionen sind. Die großen linearen Gleichungssysteme, die zur Berechnung der glättenden oder interpolierenden Splines gelöst werden müssen, können auf schnelle und effiziente Weise mit dem Schwarzschen alternierenden Algorithmus in Verbindung mit schnellen Summationsverfahren (Fast Multipole Methods) gelöst werden. Eine Kombination des Schwarzschen alternierenden Algorithmus mit solchen schnellen Summationsverfahren ermöglicht eine weitere erhebliche Beschleunigung beim Lösen dieser Gleichungssysteme. Zur Bestimmung von Glättungsparametern (Spline-Smoothing) und Regularisierungsparametern kann die L-Curve Method zum Einsatz kommen.