[发明专利]一种基于高斯拟合的光纤型表面等离子共振信号峰值定位检测方法

说明书

本发明属于SPR的信号处理领域，尤其涉及一种基于高斯拟合的光纤型表面等离子共振信号峰值定位检测方法，选取合适参数的Savitzky‑Golay滤波器对SPR信号进行滤波降噪，选取用于分析的信号数据段，确定高斯拟合峰数；在确定峰数下，基于信赖域算法对确定峰数的高斯拟合系数求解；在拟合得到的最优高斯拟合曲线上进行一维极值搜索，初步确定共振波长位置；以共振波长位置为中心点，向前后各取一段数据再重新做一次多峰的高斯拟合，结合信赖域算法，确定拟合函数；在第二次拟合的函数上，利用一维极值搜索来确定最终的共振峰位。本发明的有益效果：有效提高了SPR峰位置的精度和灵敏度，减少运算时间，为实时动态检测提供基础。

技术领域

本发明属于SPR的信号处理领域，尤其涉及一种基于高斯拟合的光纤型表面等离子共振信号峰值定位检测方法。

背景技术

表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)检测技术，是一项基于物理光学现象的高灵敏检测技术，具有灵敏度高、样品无需标记，可实现在线检测等优点，已经成为生物反应、药物筛选、医疗仪器、食品安全、环境监测等领域的一项重要工具。从最初的棱镜耦合发展到现在的光栅耦合、波导耦合和光纤耦合，多样化的耦合方式为SPR检测技术的发展助力。其中，光纤耦合凭借体积小，成本低，可以实现远距离检测、分布式检测等优点，成为近年来SPR技术发展的一个热点。

棱镜型SPR检测系统采集到的光谱曲线具有半峰宽较窄、共振峰较尖锐等特点，而光纤型SPR的光谱数据恰恰不具备这些特点。在对棱镜型SPR信号处理上已有诸多方法，常见的有一阶导数零点法、局部相似性匹配算法，以及由质心法所衍生的其他算法，比如Johansen提出的加权质心法；Nenninger提出的追踪质心法；王晓萍提出的无基线质心法等。一阶导数零点法、局部相似性匹配算法对噪声敏感；质心法及其改进算法对波形的非对称性敏感，计算的共振波长会因为波形的不对称导致偏移，虽然研究的是共振波长的偏移量，但每次计算共振波长时的信号不对称性并不能保持一致。因此，很多针对棱镜型的数据处理方法并不适用于光纤型SPR光谱数据。在实验中，系统还会受到光源波动、环境温度、机械振动等因素的影响，不可避免的会将噪声混入到理想信号中。选择合适的数据处理方法不仅可以有效降低随机噪声所造成的影响，还可以提高数据的精度。

发明内容

光纤型SPR光谱具有半峰宽(full width of half maximum,FWHM)较宽，共振峰不尖锐等特征，传统的针对棱镜型SPR光谱的峰值定位检测算法无法准确定位此类光谱的共振峰位置。为了准确计算光纤型SPR光谱的峰值位置(共振波长)，本发明提出了基于信赖域算法(Trust Region Algorithm)的高斯拟合方法，通过对SPR光谱的两次高斯拟合，准确的定位共振波长的位置，本发明提供一种基于高斯拟合的光纤型表面等离子共振信号峰值定位检测方法。

本发明的技术方案：一种基于高斯拟合的光纤型表面等离子共振信号峰值定位检测方法，其特征在于包括：

步骤1：选取合适参数的Savitzky-Golay滤波器对采集的SPR信号进行滤波降噪；

步骤2：选取用于分析的SPR信号数据段，降低运算量，同时可以提高拟合的精度；

步骤3：确定高斯拟合的峰数，在拟合精度和运算量之间选择一个合适的拟合峰数；

步骤4：在确定峰数下，基于信赖域算法(Trust region Algorithm)对确定峰数的高斯拟合系数的求解；

步骤5：在拟合得到的最优高斯拟合曲线上进行一维极值搜索，初步确定共振波长的位置；

步骤6：以共振波长的位置为中心点，向前后各取一段数据再重新做一次多峰的高斯拟合，结合信赖域算法，确定拟合函数；

步骤7：在第二次拟合的函数上，利用一维极值搜索来确定最终的共振峰位置。