一、差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究（论文文献综述）
李耀飞[1]（2021）在《应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真》文中进行了进一步梳理VOCs是大气污染成因的关键因素,已成为我国当前大气二次污染能否得到有效治理的关键。开展VOCs空间立体探测技术研究,为分析大气污染成因和时空演化提供技术支撑,为我国大气污染治理提供技术保证,具有重要的科学意义和社会价值。为此,本论文开展了应用于VOCs浓度探测的中红外差分吸收激光雷达技术研究。以甲醛气体为研究对象设计了探测系统,重点研究了探测波长、发射及接收光路等关键技术,并对系统的探测性能和误差进行了研究,论文的主要工作有:（1）分析了大气与激光相互作用的机理,研究了气体分子吸收谱线的展宽特性,基于差分吸收激光雷达探测理论,推导了气体浓度反演公式,并分析了影响反演精度的因素,对系统探测时可能存在的误差来源进行了分析,讨论了用于减小误差的方法。（2）对中红外差分吸收激光雷达进行了系统设计。根据差分吸收激光雷达系统探测波长选择的原则,选择系统的λan和λoff探测波长分别为2778.48cm-1和2777.82cm-1,其对应的两种干扰气体引起的相对误差均小于0.6%;选择偶次非球面双镜准直系统和离轴两反式扩束系统,对出射光路进行了研究和计算,总体光学传输效率约为53.4%;选择折反射式望远镜结构作为本文的接收望远镜,对其光路进行了研究和计算,仅考虑中心遮光的条件下其接收效率为77.6%;选择了窄带滤光片,保证其峰值透过率>90%;选择VIGO-PVI-4TE-4型探测器为系统光电探测器件,采用PicoScope 4824为本系统的数据采集单元,完成了系统整体设计。（3）对应用于中红外探测的差分吸收激光雷达方程进行了消光系数和后向散射系数的修正;优化了系统参数,研究了回波信号功率和信噪比。结果表明,1500m以内系统的信噪比均大于10,在考虑了探测器最小探测功率的条件下,其理想探测距离为904.5m;对影响系统探测距离的出射激光能量、目标气体浓度以及光学接收面积等因素进行了研究,结果表明,该系统能够实现450～1500m范围内,浓度为0.17～2.02ppm甲醛气体的探测;对影响系统探测极限的干扰气体浓度和待测气体分子吸收截面对探测极限的影响进行了研究,结果表明,干扰气体水汽浓度为10.17%时误差最小约为0.85%,甲烷浓度与系统的误差成正相关,当甲烷浓度小于标准浓度的0.467时,模拟探测误差小于1%。研究了分子吸收截面对模拟探测误差的影响,随着温度的升高,分子的差分吸收截面不断增大,引起的模拟反演误差逐渐减小,表明系统更适合于温度较高的夏季测量。本论文开展的中红外VOCs气体浓度探测差分吸收激光雷达系统设计及探测性能研究,为中红外VOCs气体浓度探测差分吸收激光雷达系统研制和化工重污染区域VOCs气体无组织排放的监测奠定了技术基础,对我国的大气污染治理具有积极的意义。
石东东[2]（2021）在《大气苯系物差分吸收激光雷达探测技术研究》文中研究指明近几十年来,我国经济发展迅速,人们生活水平得到极大改善,同时,也带来了雾霾频发、酸雨增加和城市热岛等大气环境问题,其污染源主要有自然和人为导致的火山喷发、森林火灾、工业生产、汽车尾气等,使得大气环境监控与治理已成为研究热点。大气挥发性有机物（VOCs）是大气中比较活跃的成分,是臭氧和PM2.5的重要前体物,而苯系物是VOCs的重要组分,其排放需要进行管控,因此,研究大气苯系物监测技术具有重要意义。本文基于差分吸收激光雷达技术,研究大气苯系物在中红外的吸收特性,并分析其激光雷达系统的探测性能,为大气苯系物的激光遥感探测提供技术支持。首先,基于比尔-朗伯特定律和差分吸收探测的原理,比较分析几种光谱法测量痕量气体技术的优缺点,提出探测苯系物浓度的路径积分式差分吸收激光雷达技术,并对其关键模块进行设计。其次,基于多普勒展宽、压力展宽和混合展宽的原理,分析不同温度不同气压下苯系物谱线展宽大小,建立谱线展宽随高度变化的模型,在近地面的展宽约为6.82×10-2cm-1,并基于计算化学方法,分析苯、甲苯、乙苯以及二甲苯吸收谱的位置和强度,主要讨论3000cm-1～3500cm-1之间吸收产生的振动状态,表明,苯、甲苯、乙苯以及二甲苯在3090cm-1附近都是苯环CH单键的伸缩振动。再次,基于HITRAN数据库和NIST数据库,分析比较痕量气体吸收截面、吸收系数和透射函数等参数的关系,依据差分吸收激光雷达波长的选择原则,以苯气体为优化目标,对比分析水汽和苯的吸光度大小,得出测量苯气体的最优工作波长对为3090.89cm-1（ON）和3147.74cm-1（OFF）。最后,根据路径积分式差分吸收（IPDA）激光雷达的原理,构建痕量气体数浓度的反演模型,分析系统的回波信号和信噪比,开展不同浓度、不同能见度、不同硬目标反射率和不同功率条件下的系统探测性能仿真,得到可探测的最大距离,并通过讨论大气消光和硬目标反射率的误差,得出可探测的最小分子数,即系统探测分辨率。分析结果表明,当待测浓度分别为0.1ppm、1ppm和10ppm时,吸收波长通道信噪比阈值为1的最大可探测距离分别约为0.94km、0.79km、0.36km;分子数浓度的变化,对参照波长通道的回波信号影响很小。大气能见距离为2km、5km和10km时,其可探测的最大距离约为0.94km、1.28km和1.43km。最后讨论了消光系数与硬目标反射率误差带来的影响,对于探测距离为0.8km,当消光与硬目标反射率的误差为0.01时,系统的最小探测分辨率约为0.046ppm。
张文平[3]（2021）在《基于自适应差分吸收光谱技术的CS2和SO2气体检测研究》文中研究说明
齐贺香[4]（2021）在《基于地基MAX-DOAS精确获取HCHO的方法及其应用研究》文中研究指明随着城市的迅猛发展和工业化地不断推进,大气环境问题日益突出,污染类型由煤烟型逐渐向区域复杂污染转变。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）能够实时、在线获取多组分污染物,在对流层痕量气体探测方面获得了广泛应用。论文基于一维地基MAX-DOAS系统精确获取2019年10月至2020年5月淮北地区对流层HCHO柱浓度,主要包含以下三方面的研究内容。（1）搭建一维地基MAX-DOAS系统,通过步进电机控制望远镜转动,实现了多仰角的光谱测量;测试了光谱仪性能,其中CCD暗电流线性度为0.99421,电子噪声为0.58696,光谱仪分辨率为0.68 nm。（2）通过优化反演波段与基于小波变换的光谱去噪过程提高了地基MAX-DOAS对流层HCHO气体的反演精度。对比不同仰角不同波段的反演结果,获取了HCHO的最佳反演波段,即选用324-342 nm的反演波段时,反演误差均值最小(2.85×1015molecule·cm-2),能够精确获取甲醛气体浓度;将小波变换中的改进平移不变量阈值算法运用在光学密度谱的去噪过程中,设计了粒子群算法筛选最优调节因子,滤除光谱中的噪声结构并保留待测气体吸收结构。与多项式平滑滤波相比,在大信噪比下,相对误差减小至0.66%,提升了0.21%;在小信噪比下,相对误差减小至6.03%,提升了1%。将多项式平滑滤波与改进平移不变量阈值算法的去噪结果进行对比,表明了改进平移不变量阈值算法可以更好的提高反演精度。（3）分析了淮北地区在2020年6月至2020年12月期间的对流层HCHO浓度测量结果,结果表明了与疫情前后相比,疫情中期HCHO浓度分别降低了35%和23%;由风场轨迹与风玫瑰图可知,高值天气下西北风场分别占据38%、17%的比例,表明了砀山、丰县等地区的污染在西北风场的输送下,造成淮北地区HCHO浓度升高,并将MAX-DOAS系统的HCHO测量结果与OMI卫星结果进行了相关性分析,发现两种测量方式具有良好的一致性（R2=0.87）。
邢鹤园[5]（2021）在《微型化大气臭氧分析仪关键技术研究》文中研究指明臭氧已经成为大气主要污染物之一,对其浓度进行精确的监测是进行臭氧污染预警和治理的首要任务。目前,我国虽然已有大气臭氧分析仪器,但应用在网格化大气监测中的仪器均以电化学传感器为主,存在检测精度低、使用寿命不足等问题,而应用光学方法的仪器多依赖进口,成本高,不能满足我国大气监测网格化的需求。为了解决这些问题,本文基于高精度、无污染的紫外光吸收法,对微型化大气臭氧分析仪的关键技术进行研究。基于紫外光吸收法策略,引入瑞利散射和米散射等干扰因素对Beer-Lambert吸收定律进行修正,推导出实际仪器进行臭氧检测的理论模型。在此基础上得到了臭氧浓度的最低检出限的计算方法以及影响臭氧浓度最低检出限的主要因素。最后对影响臭氧检测精度的因素和探测器噪声进行了研究。为后续的光学系统和信号处理的研究奠定理论基础。实现微型化最重要的关键技术是分析仪气室的微型化。为了达到微型化的目的,使用怀特气室作为微型化分析仪的气室。气室的光路研究中使用ZEMAX软件进行光学仿真研究及优化,优化后的光路可以在气室体积缩小50%的前提下满足国标要求的精度。仿真还为解决怀特气室中存在的镜面利用率低的问题提供了解决思路,为以后进一步研究更大光程和更小体积的气室奠定基础。在此基础上,进行微型化气室结构和仪器气路的初步设计。本文研究的第二个和第三个关键技术是微型化分析仪器的核心硬件电路和系统的检测程序。这是保障仪器检测精度尤其是保障最低检出限的关键。硬件电路以提高臭氧信号的采集精度和降低功耗为目的,重点针对光电探测器的信号采集电路进行优化设计。软件的核心部分是高精度的A/D转换程序。利用集合模态分解法对臭氧信号中的噪声进行去除。利用Altium Designer18、STM32Cube MX等软件,完成仪器的硬件和软件设计并应用电路仿真软件和ST-Link硬件仿真器对光电探测器的放大电路的性能以及程序的执行情况进行仿真验证。本次研究有利于实现仪器的微型化,有利于构建网格化的大气臭氧监测系统,为大气污染的预警与治理提供精确的数据支持。
郑凯元[6]（2021）在《腔增强红外气体检测技术与应用》文中提出国家中长期科学和技术发展规划纲要,“十三·五”国家科技创新规划,环境领域,都提出重点研究环境监测与预警技术,研制适合我国国情的重大环保仪器设备。我国环境污染,尤其空气污染,日益严重,需要实时在线监测大气质量,因此研制拥有自主知识产权、超高灵敏度、超快响应的气体传感器,对于保障环境质量和工业安全生产具有十分重要的社会价值和科学意义。基于腔增强红外吸收光谱技术（Cavity-enhanced Absorption Spectroscopy,CEAS）的气体传感器,因具有灵敏度高、选择性好、实时检测能力强等优势,满足上述需求。本论文研究了基于两种CEAS技术的气体传感器,即非相干宽带腔增强吸收光谱技术（Incoherent Broadband Cavity-enhanced Absorption Spectroscopy,IBBCEAS）气体传感器和离轴积分腔输出光谱技术（Off-axis Integrated Cavity Output Spectroscopy,OA-ICOS）气体传感器,分别从光学、电学、机械、仿真算法到系统结构开展了诸多研究,并研制了面向车载燃气巡检的ppbv量级甲/乙烷检测系统。内容如下:首先研究了IBBCEAS气体检测技术,具体工作如下:（1）传统的IBBCEAS技术用于检测在可见光波段有强吸收的痕量气体,而气体分子在近红外波段的吸收强度较弱,实现高分辨率的气体探测相对困难,因此本论文研究了基于近红外溴钨灯的高分辨率IBBCEAS技术,结合傅里叶光谱仪,实现了近红外区域高灵敏度的甲烷检测。采用小波去噪算法反演浓度,降低了系统噪声,将灵敏度提高了2倍。（2）IBBCEAS中常用的红外宽带光源,如超连续谱光源、氙灯等,通常价格昂贵、体积大、功耗高。为了克服这些光源的缺点,利用低成本、高能效、结构紧凑且寿命长的近红外发光二极管（Light Emitting Diode,LED）,提出了一种基于近红外LED的便携式宽带腔增强多气体检测技术。使用毫瓦级输出光功率的近红外LED作为IBBCEAS的宽带光源,研制了便携式笼式光学腔,研究了多谱线非线性拟合等IBBCEAS气体传感信号处理方法。在现场应用中,结合锁相放大器和扫描单色仪,检测了甲烷和乙炔双组分气体,结合光纤光谱仪实现了甲烷气体泄漏的快速准确检测。其次研究了OA-ICOS气体检测技术,具体工作如下:（1）为提高OA-ICOS技术的精度和检测多气体能力,建立了基于紧凑型笼式结构的米级光程的近红外OA-ICOS系统。设计的积分腔长度仅为0.06 m,有效吸收光程可达9.28 m。分别采用激光直接吸收光谱（Laser Direct Absorption Spectroscopy,LDAS）和波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）方法测量气体。与LDAS相比,WMS的信噪比提高了10倍,检测灵敏度提高了9倍。（2）进一步结合频分复用波长调制光谱技术,建立了检测乙炔/甲烷双组分气体的OA-ICOS系统。在两种激光波长下（乙炔:1532 nm;甲烷:1653 nm）,同一积分腔的有效光程分别为（乙炔:9.28 m;甲烷:8.56 m）,两种气体的检测下限分别为700 ppbv和850 ppbv。（3）为了在近红外波段实现高灵敏的大气痕量气体检测,建立了公里级光程的OA-ICOS系统。研制的积分腔长度为0.6 m,腔镜反射率为99.972%,有效光程为2150 m,系统的响应时间为0.8 s,对甲烷的检测下限为2.7 ppbv。应用该传感器实现了大气甲烷和水汽的双组分气体检测;同时开展了连续三天长春市大气甲烷浓度监测,验证了该OA-ICOS传感器实时原位测量大气组分的能力。第三,为进一步提高检测灵敏度和扩展应用范围,提出了三种新型的OAICOS气体检测技术,具体工作如下:（1）为了抑制OA-ICOS中的腔模噪声,提出一种双入双出的光腔耦合方法,通过将激光光束一分为二同时入射到积分腔中,多束光在腔中往返传输而不干涉,这样可增加腔模密度,平滑腔模结构,减小腔内相干振荡引起的光强波动,从而抑制腔模噪声,提高信噪比。从理论上分析了分束比和光反射次数对输出强度和腔模线宽的影响,并开展了甲烷检测实验。与常规的单激光束耦合入腔方法相比,双入双出的光腔耦合方法可将信噪比提高2.5倍,灵敏度提高2.2倍。（2）为验证该检测方法的抑制噪声能力,在双入双出基础上,进一步对多入多出的光腔耦合方法进行了数值研究。将入射激光束分为多束,通过准直光纤将每束激光独立耦合到腔中,并将多个腔输出同时耦合到同一探测器中。研究了多入多出中各参数间的关系,仿真分析了噪声抑制因子及腔内的主要噪声类型。与常规的单激光束耦合入腔方法相比,多入多出的方法可将信噪比提高13倍以上。（3）为了实现面向防爆场所的远程气体测量,提出了新型的全光纤连接离轴积分腔/腔反馈波长调制光谱气体检测技术。利用低损耗的光纤耦合方式,将电学和光学模块分离,实现了测控分离,避免了电学模块的本质安全和防爆设计,实现了远距离、防静电、安全的气体检测。其次,通过将第一个腔镜反射的无用光反馈到多模光纤中,进而耦合到单通吸收池中,在一个系统里实现了离轴积分腔和腔反馈波长调制光谱两种技术,进而扩展了甲烷动态检测范围（15 ppmv-12%）,利用该系统在静态和移动状态下实现了甲烷泄漏的现场监测。最后,为了将实验室研制的传感器系统应用于现场,研制了一套面向车载燃气巡检的离轴积分腔检测系统。利用时分复用技术测量了ppbv量级的甲/乙烷双组分气体,同时该系统具有气体预处理、泄漏源定位等功能。利用反射率为99.99%的腔镜,研制了有效光程为3.5 km的积分腔,结合低噪声电学设计,在近红外波段对甲/乙烷的检测下限分别达到3.4 ppbv和25 ppbv。依托上述研究内容,创新点总结如下:（1）基于高能效近红外LED的宽带腔增强技术。针对氙灯等传统红外宽带光源价格昂贵、体积大、功耗高等问题,利用低成本、高能效、结构紧凑且寿命长的近红外LED,提出了一种基于近红外LED的便携式宽带腔增强多气体检测技术,通过浓度反演等算法,实现宽光谱范围内甲烷等多种气体的快速识别和高分辨率检测。（2）基于多入多出光腔耦合方法的离轴积分腔技术。通过将激光分束耦合入腔,提出了双入双出/多入多出光腔耦合模式用于抑制腔模噪声,实现了更密集、更平滑的腔模结构,实验证明双入双出可将系统信噪比提高2.5倍,灵敏度提高2.2倍,理论仿真表明多入多出系统的信噪比可提高13倍以上。（3）基于全光纤连接离轴积分腔和腔反馈波长调制光谱技术。为了在防爆场所下实现远距离气体测量,利用光纤耦合方式实现了测控分离,避免了电学模块的本质安全和防爆设计。通过将第一个腔镜反射的无用光反馈到多模光纤中,进而耦合到单通吸收池中,在一个系统里实现了离轴积分腔和腔反馈波长调制光谱两种技术,进而扩展了动态检测范围,实现了远程、变量程的气体检测。（4）基于腔增强技术的气体检测系统的研制与应用。研制了米级到公里级不同光程的积分腔,实现了甲烷、乙烷、乙炔、水汽等多气体检测应用;研制了车载燃气巡检系统,开展了室内外的系统功能验证试验与应用。
杨东上[7]（2021）在《星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用》文中指出光学遥感技术,作为一种重要的监测手段,已经用于各种地球观测和气象观测研究中。尤其是基于光学遥感技术在不同观测平台上的开发和应用,产生了很多重要的发现和认识。自上世纪70年代末,提出了基于差分吸收光谱技术（DOAS）的光学遥感技术,这促进了依赖光谱学的分析方法在大气监测中的广泛应用。同时,它也推动着环境科学和大气科学的发展,如对大气中污染气体及痕量气体的监测,使人们认识到这些污染气体的来源和传输通道,并为污染治理和政策制定提供参考和依据。目前,基于DOAS的光谱遥测方法已成功应用于卫星、机载和地基观测平台,在地球大气污染模式的建立,污染气体分布和变化规律的总结,气体浓度的监测等方面具有重要意义。该方法相比较于其他大气污染监测手段,具有其独特的优点。一是光学遥测方法中利用了光在大气中的传输特性,是其他物理化学方式所不具备的,因此可用于包括外太空、大气层、地表等多种空间监测,其次,由于其采用的DOAS算法将自然光作为分析介质,相比较于化学发光法等适用性和局限性较大的分析手段,具有反演速度快,观测范围广的特点。随着污染溯源和大区域监测的需求,基于DOAS技术的卫星遥测平台成为人类了解大气污染物如NO2分布和变化趋势的重要方式之一。由欧空局和美国航空航天局发射的面向紫外可见波段的多个高光谱探测载荷已在卫星遥测领域取得众多的成就,而我国也在2018年5月成功发射了第一个紫外可见高光谱大气污染探测载荷-大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）,以弥补我国星载平台基于光谱分析进行污染气体监测上的空白。但由于载荷定标不充分并受到仪器关键元器件的限制,同时受到夫琅禾费参考谱采集中未知光谱结构引入等因素的影响,导致NO2反演过程中出现明显的条带现象,降低了浓度反演的精度,因此研究中主要针对大气痕量气体差分吸收光谱仪的紫外可见波段,讨论研究了 EMI的对流层NO2浓度获取的总体流程,包括EMINO2反演算法的优化、NO2遥感条带处理,对流层平流层NO2分层以及数据产品的验证和应用。研究的主要工作如下:一是对EMI NO2反演算法的研究和优化。本论文首先对EMI DOAS反演NO2算法中各参量的选择进行讨论,然后分析了 NO2反演结果的精度和条带特性。提出了基于层次分析法的最优波段选择方案,构造了 AHP-DOAS反演算法。此外研究发现不同空间维像元反演过程中存在的明显的固定拟合残差,基于此,利用主成分分析法提取残差结构进行分析。经以上修正后,获取了准确的NO2柱浓度产品,为进一步的数据产品的分析和验证提供有效的数据支撑。二是提出了对EMINO2斜柱浓度条带修正。经过EMI NO2反演算法的优化后,遥感条带现象明显改善,但仍存在一定程度的条带现象。研究评估了矩匹配法和傅里叶变换法在去除NO2条带上特点和效果,最后选择傅里叶变换滤波的条带去除方法,实现了对EMINO2柱浓度的修正。三是基于EMI的数据产品的对流层-平流层NO2浓度分层。利用对流层平流层分离技术,分析了 STREAM对流层-平流层分层方法在EMINO2产品应用上的可行性,根据NO2的全球分布特征,比较了 STREAM法和参考区域法（RSM）对平流层-对流层NO2分层效果。四是EMI NO2浓度结果的验证和应用。为进一步验证NO2数据产品的可靠性,利用在京津冀地区的地基多轴DOAS的NO2浓度反演结果,对EMI数据产品进行验证。TROPOMI和地基数据产品与EMI的对比结果表明了针对EMI仪器的NO2反演算法优化的适用性和可靠性。此外基于EMI NO2数据产品及地基NO2遥测数据对京津冀地区的NO2分布和变化进行分析,评估了 2018年-2019年北京NO2污染情况,利用统计学相关方法及气象数据信息,研究了该地区NO2的污染传输特性。再次证明了EMI在监测区域NO2污染上的重要意义。
曹渊[8]（2021）在《基于光声光谱技术的气溶胶光吸收及其光谱依赖特性研究》文中进行了进一步梳理气候强迫评估的不确定性是当今气候科学辩论的核心问题之一。正如政府间气候变化专门委员会（IPCC）所指出的,由于对气溶胶的分布、理化性质,以及气溶胶与云相互作用的认识不完整,当前全球辐射强迫最大的不确定性来自于气溶胶。大气气溶胶通过其直接效应（散射和吸收太阳辐射）和间接效应（气溶胶与云的相互作用）对全球气候产生重要的影响。由于缺乏合适的仪器和方法,目前气溶胶的光吸收相比其散射具有更大的不确定性,导致全球气候模型中大气气溶胶光吸收的幅度可能被低估两倍以上。因此,发展气溶胶吸收测量技术,开展气溶胶光吸收特性研究具有非常重要的科学研究意义。光声光谱是一种直接测量样品光吸收的光谱技术,这种技术将吸收的光能量通过光声效应转化为声能量,并通过声学传感器进行探测,不受气溶胶光散射的影响,可实现直接原位测量气溶胶的光吸收,被认为是测量气溶胶光吸收特性最有效的方法。本论文采用光声光谱技术分别设计搭建了一套差分光声光谱仪和一套多波长光声光谱仪,并对气溶胶的光吸收及其光谱依赖指数（Absorption Angstrom Exponent,AAE）进行 了测量分析。论文的主要研究成果及创新如下:（1）设计并建立了一套差分光声光谱仪,并实现了大气气溶胶光吸收系数和NO2浓度的同时探测,系统所用的光声池创新性的采用了腔内分流技术方案,使系统能够在大流量、低流动噪声情况下工作,对气溶胶光吸收和NO2浓度的测量灵敏度分别达到1.0 Mm-1（1s）和0.87 ppb（1 s）。测量结果与环境监测站、NOx分析仪进行了对比,表明了其测量结果的准确性。（2）采用有限元法分析了声学谐振腔的长度、内径对光声池的谐振频率、品质因子和光声信号大小的影响。同时对声学谐振腔的结构进行了改进,通过在声学谐振腔的四周开设气孔,使光声系统的采样流速可以改善至1.4 L/min而不受流动噪声的干扰。（3）采用有限元法设计并建立了多谐振腔型光声池的光声模型,并利用该模型对光声池的性能（谐振频率、质量因子、声损耗机制）进行了理论分析。结果表明新型多谐振腔型光声池可以同时在三个不同谐振频率处（相差约100Hz）进行工作且光声信号不会发生串扰。在此基础上,设计了一种新型的三波长（404 nm,637 nm和805 nm）光声光谱仪用于气溶胶光吸收特性的测量。光声池内部集成了三个长度分别相差10 mm的声学谐振腔,可以实现三束激光同时进入声学谐振腔并在不同谐振频率处进行工作,同时仅采用单个声学麦克风实现了三个激光光声信号的同时测量。（4）利用搭建的三波长光声光谱仪开展了煤油烟灰和柴油烟灰等典型黑碳（Black Carbon,BC）气溶胶的光吸收及其AAE指数的研究,测量结果与其它文献报道结果一致,证实了搭建的三波长光声光谱仪测量结果的准确性和可靠性。同时,研究了玉米秸秆燃烧产生的气溶胶的光吸收及其光谱依赖特性,证实了玉米秸秆在燃烧过程中产生了大量的棕碳（Brown Carbon,BrC）。利用BC气溶胶的AAE指数（AAE等于1）对燃烧产生的BC和BrC进行了分离,进一步得到了燃烧产生的BrC的吸收光谱及AAE指数。
余赛芬[9]（2021）在《单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术》文中进行了进一步梳理光谱学可追溯至17世纪牛顿利用三棱镜将白光色散为七彩光带。随着量子力学以及激光技术的发展,精确的光谱分析方法已经实现了对物质的组成进行定性和定量的分析,且已被广泛应用于化学和生物等领域并发挥了重要的作用。在大气气体遥感方面,光谱测量的方法主要有基于被动光源的光栅光谱仪、傅里叶红外光谱仪等,以及基于主动光源的光频梳遥感、多波长差分吸收激光雷达等。但这些用于大气气体测量的技术均只局限于柱积分式的光谱测量,对于自由空间内的光谱遥感仍存在很大的挑战性,从而阻碍了对大气中多种气体成分和化学过程的进一步了解。本文从碳达峰和碳中和的重要性出发,指出温室气体排放监测和研制国产化观测设备的紧迫性。并针对目前用于大气气体探测的被动和主动遥感技术进行了介绍和对比分析,指出不同方法所适用的领域和对应的局限性。利用超导纳米线单光子探测技术降低了传统激光雷达方法中对激光器能量的高要求,进一步提高了信噪比;并通过基于频梳锁定的技术对宽范围的可调谐激光器进行精确的频率控制和锁定,在此基础上实现了自由空间分布式的光谱遥感;在碳排放监测、泄漏预警和大气化学研究方面具有很大的潜力。论文的主要工作如下:1.阐述了基于单光子自由空间分布式光谱遥感的原理及设计思路。首先对分子的吸收光谱进行了理论分析,并从激光雷达原理出发,根据公式推导得出光谱及对应的浓度反演过程。随后介绍了基于频梳锁定的原理,并通过结合超导纳米线单光子探测器完成了整个系统的初步设计。2.根据气体光谱探测的线选择标准,通过模拟得出了既具有合适的光谱学参数又能发挥探测优势的吸收线（中心波长为1572.335nm,R16线）用于CO2光谱遥感,并考虑了 HDO作为干涉气体的影响。同时通过模拟激光雷达信号和不同的降噪方法,反演得到了光谱和浓度的分布,并与设置的理想值变化趋势一致,在理论模拟的基础上分析了系统用于自由空间分布式光谱遥感的可行性。3.进行了距离分辨的光谱遥感实验,对系统参数以及对应的设置进行了详细的介绍,重点描述了基于频梳锁定的控制回路设计以及基于单光子的探测的接收系统。主要的实验包括:（1）对基于频梳锁定的不同频率采样间隔遥感了大气光谱并进行了对比,验证了采样模式的自适应性和可控性;（2）在频梳未锁定和锁定两种情况下测得了光谱并进行了对比,验证了频率锁定的稳定性和必要性;（3）分别在冬季和夏季两个季节遥感CO2和HDO的混合光谱,验证了HDO作为干涉气体对CO2有不可忽略的影响,并通过采用三峰Voigt拟合的方式将HDO的光谱分离出来,反演得到了HDO的浓度,进一步弱化了这种影响;（4）进行了长达72小时的连续观测实验,证明了系统的昼夜观测能力,同时反演出了CO2和HDO的浓度并与原位仪器对比后具有一致性,验证了系统用于分布式光谱遥感的能力。
曹子昊[10]（2021）在《基于DOAS方法的大气痕量气体监测软件设计及应用》文中提出我国区域性大气污染问题严峻,严重影响人民的正常生产与生活,需要及时精准的掌握大气污染物浓度及其时空分布特征。本文以差分吸收光谱（DOAS）技术为基础,重点研究相关软件的反演算法,对代码进行重新编写以优化原有功能;反演得到污染气体的浓度,配合其经纬度信息可视化于二维及三维地图中。DOAS方法能显示污染物在空间的分布,目前已在多个平台上成功使用,如地基扫描、机载扫描和星载扫描观测,为环保监测和治理奠定了基础。课题组目前对于DOAS检测技术的使用比较成熟,但是在进行浓度反演时,受限于反演工具本身固有的操作模式和功能限制,为更精确的分析污染气体的时空分布特征,对QDOAS软件进行了源码级分析和优化。在Windows平台上,使用C++和QT对QDOAS代码进行重组,通过重新提取、整合及改写、优化代码,实现了更快速便捷的反演功能模块。为更好的研究大气污染气体的时空分布特征,将反演结果数据可视化于二维及三维地图中,可视化后的各点均包含其浓度大小信息,可以通过设定区间大小查看想要观测的范围内的气体的空间分布状况,三维地图可视化后能够从各视角观察气体分布状况,有利于观测分析及更深一步的研究。基于其成像原理,应用优化的反演软件对城市大气污染物的分布进行了研究。以常见大气污染物NO2和SO2为例,2019年11月6日在铜陵富鑫钢铁厂进行了现场观测实验,反演得到污染气体的差分斜柱浓度（DSCD）。将优化后的软件应用于无人机平台,搭建了无人机机载平台系统,设计了无人机观测实验的具体方案,实验结果表明改进后的反演工具更加高效,提升了工作效率。本论文优化了基于DOAS的反演工具,成功反演得到污染物浓度,实际解决了反演过程繁琐及反演速度慢等问题,将浓度结果在地图上可视化展现,提升了数据的可读性和交互性。将软件应用于多种观测平台,进行了地基和无人机机载观测实验,能够快速发现目标区域重要污染源,为大气环境监测和防治提供了支持。
二、差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究（论文提纲范文）
（1）应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 VOCs的来源及危害 |
| 1.1.2 污染气体的探测方法 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 主要内容及章节安排 |
| 2 差分吸收激光雷达探测理论 |
| 2.1 激光与大气介质的相互作用 |
| 2.1.1 大气散射效应 |
| 2.1.2 气体分子的选择性吸收 |
| 2.2 差分吸收激光雷达探测原理 |
| 2.3 探测系统误差来源 |
| 2.3.1 系统误差 |
| 2.3.2 随机误差 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 中红外差分吸收激光雷达系统设计 |
| 3.1 VOCs气体探测差分吸收激光雷达基本组成 |
| 3.2 VOCs差分吸收激光雷达光源系统 |
| 3.2.1 激光光源 |
| 3.2.2 系统探测波长 |
| 3.3 激光发射模块 |
| 3.3.1 光束准直 |
| 3.3.2 探测波长光束的扩束 |
| 3.4 回波信号接收模块 |
| 3.4.1 信号接收模块 |
| 3.4.2 后继光路 |
| 3.5 信号采集模块 |
| 3.5.1 光电探测模块 |
| 3.5.2 数据采集模块 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 系统探测性能研究 |
| 4.1 中红外大气后向散射和消光系数修正 |
| 4.2 回波信号仿真 |
| 4.2.1 系统参数 |
| 4.2.2 回波信号噪声 |
| 4.2.3 回波信号及浓度反演 |
| 4.3 系统探测距离研究 |
| 4.3.1 出射激光能量对探测距离的影响分析 |
| 4.3.2 待测气体浓度变化对探测距离的影响分析 |
| 4.3.3 望远镜接收面积对探测距离的影响分析 |
| 4.4 系统探测极限分析 |
| 4.4.1 干扰气体浓度对探测极限的影响分析 |
| 4.4.2 分子吸收截面对探测极限的影响分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结及展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）大气苯系物差分吸收激光雷达探测技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文的主要工作及研究内容 |
| 2 痕量气体检测原理与系统设计 |
| 2.1 比尔-朗伯特定律 |
| 2.2 痕量气体探测方法对比与分析 |
| 2.2.1 傅里叶变换红外光谱 |
| 2.2.2 差分光学吸收光谱 |
| 2.2.3 可调谐吸收光谱 |
| 2.2.4 差分吸收激光雷达 |
| 2.3 IPDA激光雷达系统方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 苯系物分子谱线展宽及振动特性 |
| 3.1 苯系物的谱线展宽类型及半高宽 |
| 3.2 苯系物在标准大气模型下的展宽 |
| 3.3 计算化学仿真计算 |
| 3.3.1 仿真平台简介 |
| 3.3.2 BTEX的红外吸收谱线 |
| 3.3.3 分子产生的振动 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 大气苯系物吸收谱线的特性分析 |
| 4.1 HITRAN数据库 |
| 4.2 NIST数据库 |
| 4.3 苯系物的谱线对比 |
| 4.3.1 HITRAN数据与NIST数据对比 |
| 4.3.2 NIST数据与计算化学结果对比 |
| 4.4 系统波长选择及优化 |
| 4.4.1 差分吸收激光雷达系统波长的选择原则 |
| 4.4.2 系统波长的选择 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 IPDA激光雷达系统性能仿真 |
| 5.1 IPDA激光雷达浓度反演方法 |
| 5.2 IPDA激光雷达系统性能仿真 |
| 5.2.1 不同能见度条件 |
| 5.2.2 不同硬目标反射率 |
| 5.2.3 不同激光器功率 |
| 5.2.4 不同水汽浓度 |
| 5.3 可测量的最小浓度 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（4）基于地基MAX-DOAS精确获取HCHO的方法及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 DOAS技术发展现状 |
| 1.2.2 MAX-DOAS技术发展现状 |
| 1.3 大气中的甲醛 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 1.5 章节主要安排 |
| 第二章 差分吸收光谱技术 |
| 2.1 差分吸收光谱技术 |
| 2.2 DOAS原理 |
| 2.3 被动MAX-DOAS测量原理 |
| 2.4 最小二乘法拟合 |
| 2.5 光谱处理 |
| 2.5.1 夫琅禾费结构 |
| 2.5.2 Ring光谱参与拟合 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 地基被动MAX-DOAS系统搭建 |
| 3.1 实验装置 |
| 3.2 光谱仪性能测试 |
| 3.2.1 偏置(Offset) |
| 3.2.2 暗电流(Dark Current) |
| 3.2.3 电子噪声(Electronic Noise) |
| 3.2.4 分辨率(Resolution) |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 HCHO浓度的精确反演 |
| 4.1 高分辨率光谱作卷积 |
| 4.2 待测气体最佳反演波段的选取 |
| 4.3 光学密度谱去噪 |
| 4.3.1 小波变换 |
| 4.3.2 基本原理 |
| 4.3.3 平移不变量算法 |
| 4.3.4 改进平移不变量阈值算法去噪 |
| 4.4 多项式平滑滤波与小波变换去噪结果对比 |
| 4.4.1 基于粒子群算法优化阈值函数的调节因子 |
| 4.4.2 去噪实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 淮北地区疫情前后HCHO浓度的观测研究 |
| 5.1 监测地点 |
| 5.2 光谱反演 |
| 5.3 疫情前后HCHO浓度的时间序列分布 |
| 5.4 淮北及周边地区的HCHO浓度分布 |
| 5.5 污染输送影响 |
| 5.6 地基MAX-DOAS测量结果与OMI卫星数据对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 主要结论及展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间出版或发表的论文 |
| 致谢 |
（5）微型化大气臭氧分析仪关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 大气臭氧浓度检测理论研究 |
| 2.1 大气臭氧检测理论基础 |
| 2.1.1 Beer-Lambert吸收定律 |
| 2.1.2 Beer-Lambert定律的修正 |
| 2.2 基于Beer-Lambert定律的臭氧检测理论研究 |
| 2.2.1 臭氧吸收截面的分析 |
| 2.2.2 臭氧检测理论模型 |
| 2.3 影响臭氧检测精度的因素分析 |
| 2.3.1 其他气体的干扰 |
| 2.3.2 温度与压强的影响 |
| 2.3.3 光电探测器的噪声分析 |
| 2.3.4 噪声抑制方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 微型化分析仪的气室与气路研究 |
| 3.1 微型化气室的分析 |
| 3.1.1 吸收式气室的分类 |
| 3.1.2 微型化臭氧吸收气室结构分析 |
| 3.2 气室的光路设计与仿真 |
| 3.2.1 紫外光源的选定 |
| 3.2.2 基于ZEMAX的气室的光路仿真 |
| 3.3 气室的结构设计与参数对比 |
| 3.3.1 气室的结构设计 |
| 3.3.2 气室的主要参数对比 |
| 3.4 仪器的气路设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 核心电路硬件设计 |
| 4.1 电路总体设计 |
| 4.1.1 电路功能分析 |
| 4.1.2 电路工作要求 |
| 4.1.3 电路的总体设计方案 |
| 4.2 核心处理器电路 |
| 4.3 数据采集电路 |
| 4.3.1 光电探测器数据采集电路 |
| 4.3.2 温度数据采集电路 |
| 4.3.3 气压数据采集电路 |
| 4.3.4 流量数据采集电路 |
| 4.3.5 模数转换电路 |
| 4.4 控制电路 |
| 4.4.1 温度控制电路 |
| 4.4.2 24V开关量输出电路 |
| 4.5 通信电路 |
| 4.6 电源电路 |
| 4.6.1 DC-DC电源电路 |
| 4.6.2 LDO电路 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 微型化分析仪的软件设计 |
| 5.1 软件开发工具和主体结构 |
| 5.1.1 HAL库和STM32CubeMX |
| 5.1.2 基于Keil uVision5 开发环境 |
| 5.1.3 软件主体结构 |
| 5.2 STM32 初始化 |
| 5.2.1 时钟配置 |
| 5.2.2 中断配置 |
| 5.3 A/D转换与信号处理程序 |
| 5.3.1 AD9629-20 主程序 |
| 5.3.2 LTC1867 主程序 |
| 5.3.3 信号的去噪算法及实现程序 |
| 5.4 串口通讯驱动程序程序设计 |
| 5.5 外设驱动控制程序 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 微型化分析仪的仿真研究 |
| 6.1 光电二极管前置放大电路的仿真研究 |
| 6.1.1 光电二极管前置放大电路性能分析 |
| 6.1.2 放大电路带宽验证 |
| 6.2 系统软件仿真 |
| 6.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）腔增强红外气体检测技术与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景与意义 |
| 1.2 红外气体光电检测技术的分类和发展现状 |
| 1.2.1 直接吸收光谱检测技术 |
| 1.2.2 可调谐二极管激光吸收光谱检测技术 |
| 1.2.3 光声光谱检测技术 |
| 1.2.4 腔衰荡吸收光谱检测技术 |
| 1.2.5 腔增强吸收光谱检测技术 |
| 1.3 宽带腔增强光电检测技术的国内外研究现状 |
| 1.3.1 宽带腔增强技术的国内外研究现状 |
| 1.3.2 宽带腔增强应用的国内外研究现状 |
| 1.3.3 宽带腔增强技术的未来展望 |
| 1.4 离轴积分腔光电检测技术的国内外研究现状 |
| 1.4.1 国外研究现状 |
| 1.4.2 国内研究现状 |
| 1.5 本论文主要的研究内容 |
| 第2章 基于宽带腔增强吸收光谱的气体检测技术与应用 |
| 2.1 宽带腔增强气体检测原理与系统构成 |
| 2.1.1 红外气体检测的原理 |
| 2.1.2 宽带腔增强技术的理论 |
| 2.1.3 宽带腔增强系统的构成 |
| 2.2 宽带腔增强气体检测的光学系统 |
| 2.2.1 基于近红外溴钨灯的宽带腔增强系统 |
| 2.2.2 基于近红外LED的宽带腔增强系统 |
| 2.3 宽带腔增强气体检测的信号处理方法 |
| 2.3.1 腔镜反射率校准方法 |
| 2.3.2 气体浓度反演方法 |
| 2.3.3 基于LabVIEW的多谱线拟合方法 |
| 2.3.4 用于信号处理的小波去噪算法 |
| 2.4 宽带腔增强系统的气体检测性能与应用 |
| 2.4.1 基于溴钨灯的高分辨率甲烷检测 |
| 2.4.2 基于LED的单/多组分及甲烷泄漏检测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于离轴积分腔输出光谱的气体检测技术与应用 |
| 3.1 离轴积分腔气体检测原理与系统构成 |
| 3.1.1 离轴积分腔技术的理论 |
| 3.1.2 离轴积分腔系统的构成 |
| 3.2 离轴积分腔气体检测的光学系统 |
| 3.2.1 米级光程的离轴积分腔光学系统 |
| 3.2.2 公里级光程的离轴积分腔光学系统 |
| 3.3 离轴积分腔气体检测的电学系统 |
| 3.3.1 离轴积分腔电学信号的处理方法 |
| 3.3.2 基于Lab VIEW的数字锁相放大器 |
| 3.3.3 吸收信号的去噪算法 |
| 3.4 离轴积分腔系统的气体检测性能与应用 |
| 3.4.1 基于米级光程腔的气体检测性能 |
| 3.4.2 基于频分复用技术的气体检测性能 |
| 3.4.3 基于公里级光程腔的气体检测性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于新型离轴积分腔输出光谱的气体检测技术与应用 |
| 4.1 基于双入双出离轴积分腔输出光谱的气体检测技术 |
| 4.1.1 理论分析与建模 |
| 4.1.2 双入双出气体检测系统 |
| 4.1.3 气体检测性能 |
| 4.1.4 比较与讨论 |
| 4.2 基于多入多出离轴积分腔输出光谱的气体检测技术 |
| 4.2.1 多入多出气体检测系统的设计 |
| 4.2.2 光场/模场理论建模仿真 |
| 4.2.3 结果与讨论 |
| 4.3 基于全光纤连接离轴积分腔/腔反馈波长调制光谱的气体检测技术 |
| 4.3.1 全光纤连接气体检测系统 |
| 4.3.2 气体检测性能 |
| 4.3.3 检测甲烷气体泄漏的应用 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 面向车载燃气巡检的ppbv量级甲/乙烷检测系统 |
| 5.1 甲烷/乙烷吸收线 |
| 5.2 系统整体设计 |
| 5.2.1 甲乙烷检测系统 |
| 5.2.2 时分复用多气体检测方法 |
| 5.3 光学系统 |
| 5.3.1 高反射率腔镜 |
| 5.3.2 光学积分腔 |
| 5.4 电学系统 |
| 5.4.1 激光器的驱动电路 |
| 5.4.2 供电电源转换电路 |
| 5.4.3 探测器的光电转换电路 |
| 5.4.4 后置信号放大电路 |
| 5.4.5 温度和压力控制电路 |
| 5.5 气体检测性能 |
| 5.5.1 甲烷检测性能 |
| 5.5.2 乙烷检测性能 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 大气污染气体的监测及研究意义 |
| 1.2 卫星遥感监测大气痕量气体 |
| 1.2.1 基于差分吸收光谱技术的大气监测 |
| 1.2.2 大气痕量气体差分吸收光谱仪及其参数介绍 |
| 1.2.3 EMI数据产品说明 |
| 第2章 差分吸收光谱技术原理及应用 |
| 2.1 基于吸收光谱学分析大气成分 |
| 2.2 DOAS基本概念及原理 |
| 2.2.1 经典吸收光谱理论概要 |
| 2.2.2 DOAS原理 |
| 2.2.3 EMI的NO_2斜柱浓度反演 |
| 2.3 大气质量因子计算及辐射传输模型 |
| 2.3.1 大气化学模型在反演中的应用 |
| 2.3.2 大气质量因子计算 |
| 2.3.3 辐射传输模型 |
| 2.3.4 查找表的创建 |
| 第3章 针对EMI光谱反演NO_2浓度的算法优化 |
| 3.1 基于AHP算法对NO_2最优反演波段选取的理论方案及建立 |
| 3.2 光谱拟合残差结构的去除方案及比较 |
| 3.3 结果验证和实验结果分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 EMI NO_2数据产品的条带现象剖析和处理 |
| 4.1 条带噪声的产生原因及分类 |
| 4.2 基于EMI NO_2的条带处理方法 |
| 4.3 结果验证和分析 |
| 4.3.1 实验模拟及效果评估 |
| 4.3.2 真实实验结果及验证 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 EMI NO_2总柱浓度的对流层-平流层分层 |
| 5.1 NO_2在对流层和平流层中的分布情况概要 |
| 5.2 NO_2平流层对流层分离方法 |
| 5.3 基于STREAM的EMI NO_2的对流层平流层分层技术 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 EMI NO_2数据产品验证和应用 |
| 6.1 EMI NO_2数据产品验证 |
| 6.1.1 京津冀地区地基多轴DOAS实验设置及反演 |
| 6.1.2 星-地对流层NO_2柱浓度对比及相关性分析 |
| 6.1.3 星-地对流层NO_2柱浓度不确定度分析 |
| 6.2 利用EMI对华北地区NO_2分布及变化趋势分析 |
| 6.3 基于EMINO_2数据产品对澳大利亚森林火灾监测 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）基于光声光谱技术的气溶胶光吸收及其光谱依赖特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 气溶胶 |
| 1.2 气溶胶的气候效应 |
| 1.3 光吸收性气溶胶 |
| 1.3.1 矿物粉尘 |
| 1.3.2 碳质气溶胶 |
| 1.4 气溶胶的吸收增强 |
| 1.5 气溶胶吸收光谱依赖特性 |
| 1.6 本论文的主要内容 |
| 第2章 气溶胶光吸收特性的测量方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 气溶胶光吸收特性测量方法分类 |
| 2.2.1 非原位测量方法 |
| 2.2.2 原位测量方法 |
| 2.3 光声光谱 |
| 2.3.1 光声光谱的基本原理 |
| 2.3.2 光声信号的产生机理 |
| 2.3.3 光声信号的共振放大 |
| 2.3.4 光声信号的传感方式 |
| 2.4 光声光谱测量气溶胶吸收特性的研究现状 |
| 2.4.1 光声光谱系统的标定方式 |
| 2.4.2 不同长度的纵向模式声谐振腔在气溶胶测量中的应用 |
| 2.4.3 单/多波长光声光谱测量气溶胶吸收 |
| 2.4.4 机载光声光谱 |
| 2.4.5 基于光镊的光声光谱技术测量单个气溶胶粒子的吸收 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 差分光声光谱测量气溶胶吸收和NO_2浓度 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 差分光声光谱仪的建立 |
| 3.2.1 差分光声光谱仪的实验装置 |
| 3.2.2 实验器材的选择 |
| 3.3 有限元法在光声池优化设计中的应用 |
| 3.3.1 基于有限元法的光声模型 |
| 3.3.2 声学谐振腔的尺寸对光声池性能的影响 |
| 3.4 光声池的共振频率响应曲线 |
| 3.5 差分光声光谱仪采样流速的优化 |
| 3.5.1 有限元模拟光声池中的流速分布 |
| 3.5.2 光声池中的流动噪声 |
| 3.6 差分光声光谱仪的标定 |
| 3.6.1 标定原理 |
| 3.6.2 标定结果 |
| 3.7 差分光声光谱仪的探测灵敏度 |
| 3.8 差分光声光谱仪的干扰信号分析 |
| 3.8.1 测量波段潜在的大气痕量气体的吸收 |
| 3.8.2 测量波段潜在的水汽的吸收 |
| 3.8.3 高湿度环境对光声光谱测量气溶胶的影响 |
| 3.9 苯胺黑气溶胶光吸收特性的测量 |
| 3.9.1 Mie系数和贝塞尔函数 |
| 3.9.2 Mie理论计算气溶胶的光学性能 |
| 3.9.3 苯胺黑气溶胶的发生装置 |
| 3.9.4 苯胺黑气溶胶测量结果与Mie理论计算结果对比 |
| 3.10 大气气溶胶光吸收和NO_2浓度同时探测 |
| 3.11 小结 |
| 第4章 多波长光声光谱测量气溶胶吸收光谱依赖性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三波长光声光谱仪的建立 |
| 4.2.1 三波长光声光谱仪的实验装置 |
| 4.2.2 多谐振腔光声池的基本特性 |
| 4.2.3 实验器材的选择 |
| 4.3 基于有限元法的光声池的性能分析 |
| 4.3.1 多谐振腔光声池的光声模型 |
| 4.3.2 多谐振腔光声池内的光声信号分布 |
| 4.3.3 多谐振腔光声池内的光声信号损耗机制 |
| 4.3.4 声谐振腔对粒径分布的影响 |
| 4.4 三波长光声光谱仪的标定 |
| 4.4.1 基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott池的设计 |
| 4.4.2 基于Herriott池测量NO_2浓度的基本原理 |
| 4.4.3 三波长光声光谱仪的标定实验装置 |
| 4.4.4 三波长光声光谱仪的标定结果 |
| 4.5 三波长光声光谱仪的探测灵敏度 |
| 4.6 碳质气溶胶的光吸收性测量 |
| 4.6.1 煤油烟灰气溶胶的光吸收特性测量 |
| 4.6.2 柴油烟灰气溶胶的光吸收特性测量 |
| 4.6.3 煤油和柴油烟灰气溶胶的AAE指数 |
| 4.6.4 玉米秸秆燃烧产生的气溶胶的光吸收特性测量 |
| 4.6.5 玉米秸秆燃烧产生的气溶胶中BC和BrC的光谱 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
（9）单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 意义和背景 |
| 1.1.1 辐射收支平衡 |
| 1.1.2 主要温室气体 |
| 1.1.3 精确CO_2控制对碳中和的意义 |
| 1.2 气体光谱遥感技术发展 |
| 1.2.1 被动探测 |
| 1.2.2 主动探测 |
| 1.3 选题意义和本文组织结构 |
| 1.3.1 选题意义 |
| 1.3.2 本文组织结构 |
| 第2章 自由空间光谱遥感的原理与设计 |
| 2.1 近红外吸收光谱 |
| 2.1.1 分子的光谱 |
| 2.1.2 光谱的线强度和展宽 |
| 2.2 激光雷达用于光谱分析的原理 |
| 2.2.1 激光与大气作用机制 |
| 2.2.2 激光雷达方程 |
| 2.2.3 浓度反演方法 |
| 2.3 基于频率锁定的光谱扫描技术 |
| 2.3.1 气体腔锁定 |
| 2.3.2 飞秒光梳锁定 |
| 2.3.3 基于光梳参考的频率锁定设计 |
| 2.4 单光子探测技术 |
| 2.4.1 单光子探测的介绍 |
| 2.4.2 基于单光子探测的信噪比提升 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 自由空间光谱遥感的模拟 |
| 3.1 吸收谱线的选择 |
| 3.1.1 气体干涉的影响 |
| 3.1.2 光学深度的影响 |
| 3.1.3 温度敏感性的影响 |
| 3.1.4 1.5μm吸收光谱的优势分析 |
| 3.2 自由空间光谱遥感的可行性分析 |
| 3.2.1 激光雷达信号模拟 |
| 3.2.2 降噪模拟 |
| 3.2.3 面积法和查表法反演对比 |
| 3.2.4 非均匀浓度反演模拟 |
| 3.3 基于浓度反演的讨论 |
| 3.3.1 拟合模型的选择 |
| 3.3.2 混合光谱模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 距离分辨的光谱遥感实验 |
| 4.1 发射系统 |
| 4.1.1 探测光和参考光的时分复用技术 |
| 4.1.2 实时校准技术 |
| 4.1.3 光源搭建 |
| 4.2 频率锁定系统 |
| 4.2.1 频梳重频和偏频的锁定 |
| 4.2.2 拍频反馈设计 |
| 4.2.3 自适应频率扫描与锁定 |
| 4.2.4 锁定结果 |
| 4.3 接收系统及数据处理 |
| 4.3.1 超导探测器 |
| 4.3.2 数据接收系统 |
| 4.3.3 数据处理流程 |
| 4.4 光学深度光谱分析 |
| 4.4.1 Lorentz和Voigt拟合的影响 |
| 4.4.2 频率扫描间隔的影响 |
| 4.4.3 频率锁定与不锁定的影响 |
| 4.4.4 不同季节的光谱分析 |
| 4.5 浓度结果分析 |
| 4.5.1 误差分析 |
| 4.5.2 地表浓度与湍流强度的耦合关系 |
| 4.6 讨论 |
| 4.6.1 其他气体光谱遥感的可行性讨论 |
| 4.6.2 大气温度遥感的可行性讨论 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 总结和展望 |
| 5.1 创新点总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（10）基于DOAS方法的大气痕量气体监测软件设计及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 常见的大气污染气体 |
| 1.2.1 大气SO_2的性质、来源及危害 |
| 1.2.2 大气NO_2的性质、来源及危害 |
| 1.3 基于DOAS多平台大气遥控监测 |
| 1.4 基于DOAS的软件研究 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 差分吸收光谱技术研究 |
| 2.1 差分吸收光谱技术及基本原理 |
| 2.1.1 差分吸收光谱技术概述 |
| 2.1.2 差分吸收光谱技术分类 |
| 2.1.3 差分吸收光谱技术基本思想 |
| 2.2 分子吸收截面 |
| 2.3 被动DOAS原理介绍 |
| 2.3.1 夫琅禾费结构 |
| 2.3.2 Ring效应 |
| 2.4 成像差分吸收光谱技术测量原理 |
| 2.4.1 成像工作方式 |
| 2.4.2 成像DOAS原理 |
| 2.4.3 仪器与扫描测量 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 DOAS反演软件优化 |
| 3.1 数据预处理 |
| 3.1.1 原始数据格式 |
| 3.1.2 数据处理 |
| 3.2 软件优化研究 |
| 3.2.1 原软件代码编译研究 |
| 3.2.2 存在的问题 |
| 3.2.3 QDOAS反演方法 |
| 3.2.4 吸收截面的选择和处理 |
| 3.2.5 软件优化及编译 |
| 3.3 数据反演成像 |
| 3.3.1 铜陵富鑫钢铁厂实验结果 |
| 3.3.2 观测实验分析 |
| 3.4 反演结果后处理及二维地图可视化 |
| 3.4.1 使用工具介绍 |
| 3.4.2 具体方法及步骤 |
| 3.4.3 二维地图可视化结果 |
| 3.5 反演结果后处理及三维地图可视化 |
| 3.5.1 使用工具介绍 |
| 3.5.2 具体方法及步骤 |
| 3.5.3 三维地图可视化结果展示 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 无人机污染气体监测 |
| 4.1 无人机机载平台系统概述 |
| 4.2 具体方案设计 |
| 4.2.1 概述 |
| 4.2.2 数据编目模块方案设计 |
| 4.2.3 0 级产品生产模块方案设计 |
| 4.2.4 1 级产品生产模块方案设计 |
| 4.2.5 2 级产品生产模块方案设计 |
| 4.3 测试结果展示 |
| 4.3.1 POS数据格式化 |
| 4.3.2 航带显示 |
| 4.3.3 航段截取 |
| 4.3.4 数据拟合 |
| 4.3.5 浓度分布图 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文、获取专利列表 |
| 致谢 |
四、差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究（论文参考文献）
- [1]应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真[D]. 李耀飞. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]大气苯系物差分吸收激光雷达探测技术研究[D]. 石东东. 西安理工大学, 2021
- [3]基于自适应差分吸收光谱技术的CS2和SO2气体检测研究[D]. 张文平. 燕山大学, 2021
- [4]基于地基MAX-DOAS精确获取HCHO的方法及其应用研究[D]. 齐贺香. 淮北师范大学, 2021(12)
- [5]微型化大气臭氧分析仪关键技术研究[D]. 邢鹤园. 河北工程大学, 2021(08)
- [6]腔增强红外气体检测技术与应用[D]. 郑凯元. 吉林大学, 2021(01)
- [7]星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用[D]. 杨东上. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]基于光声光谱技术的气溶胶光吸收及其光谱依赖特性研究[D]. 曹渊. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [9]单光子探测自由空间分布式光谱遥感技术[D]. 余赛芬. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [10]基于DOAS方法的大气痕量气体监测软件设计及应用[D]. 曹子昊. 合肥学院, 2021(12)