腔衰荡光谱系统信号提取方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：因为腔衰荡光谱是测量气体吸收光谱的一种精确方法，所以目前广泛应用于微量气体监测、燃烧诊断、光谱测量。随着现代检测技术向集成化、自动化、数字化、智能化方向发展，虚拟仪器开始在光谱测量中得到应用。

目的：从理论和实践两方面对腔衰荡光谱系统信号提取方法进行研究。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：结合气体探测基本要求，对腔衰荡光谱技术原理、优势、系统结构进行深入分析和研究；结合相关数学模拟和数据处理软件（如虚拟仪器软件labview等），对采集的腔衰荡光谱信号进行衰荡时间拟合算法分析，采用多种方法（如最小二乘法、列文伯格-马夸尔特算法、非线性牛顿拟合算法等）进行比较，并对其提取时间、误差、精度等结果进行分析.

预期目标：研究不同的衰荡信号提取方法，并结合labview软件进行算法了解和程序编写，对不同的提取方法进行研究和比较。

3. 研究的方法与步骤

研究方法和步骤：1）开展文献调研，了解腔衰荡光谱技术测量大气成分的基本原理；2）分析腔衰荡光谱技术中衰荡信号获取需求，了解部分信号提取算法的特点（如快速傅里叶变换法、离散傅里叶变换法、列文伯格-马夸尔特算法、最小二乘法等）；3）结合labview等软件工具，通过采用上述提取方法对模拟或实测衰荡信号进行处理，并从受噪声影响情况、拟合准确性和精度、拟合速率等方面对拟合方法进行比较分析，并逐步应用于实际数据的分析处理和气体浓度的获取。

4. 参考文献

[1] everest m a , atkinson d b . discrete sums for the rapid determination of exponential decay constants.[j]. review of scientific instruments, 2008, 79(2):023108-.[2] halmer d , basum g v , hering p , et al. fast exponential fitting algorithm for real-time instrumental use[j]. review of scientific instruments, 2004, 75(6):2187-2191.

[3] wang d , hu r , xie p , et al. diode laser cavity ring-down spectroscopy for in situ measurement of no3 radical in ambient air[j]. journal of quantitative spectroscopy and radiative transfer, 2015, 166:23-29.

[4] 姜亚军, 赵建林. 光腔衰荡光谱法中衰荡时间的优化提取[j]. 光子学报, 2009, 38(7):1740-1745.

5. 计划与进度安排

（1）2022-2-01～2022-3-08查阅文献资料，进行文献综述，撰写开题报告，翻译英文文献；

（2）2022-3-09～2022-3-22查阅相关资料，了解腔衰荡光谱系统原理，分析腔衰荡吸收光谱系统基本结构和衰荡信号基本概念；

（3）2022-3-23～2022-4-05 研究不同的衰荡信号提取算法，结合软件进行算法了解和程序编写；