[发明专利]一种基于高斯多峰拟合的光谱解析方法

说明书

本发明公开一种基于高斯多峰拟合的光谱解析方法，先确定含待定高斯特征参数的吸收拟合函数，对拟合误差进行数学建模，然后确定迭代初值单元的中心坐标和迭代步长，持续迭代、比较、改变迭代步长直至求得最优拟合误差，再由最优拟合误差反推出相应分割单元中心坐标值，即待求高斯特征参数，确定吸收拟合函数，从而将混合光谱分解成多个分峰。本发明优点是：高斯函数曲线和光谱数据曲线具有很好的亲和性，可以表达谱图中峰形、峰高和峰位等具有明确物理意义的参数；将混合吸收光谱曲线分解为若干个高斯函数曲线，可以保持原始光谱数据的有效信息，将原始光谱数据统一为少量唯一确定的高斯特征参数，实现简化光谱数据、研究精细结构的目的。

技术领域

本发明涉及多元非线性曲线拟合领域，尤其涉及一种基于高斯多峰拟合的光谱解析方法，可应用于海水水质吸收光谱的高斯多峰拟合解析。

背景技术

随着人类社会的不断发展，科学研究的不断进步；我们对海洋的研究也不断深入。在海洋研究的过程中，对海水成分的研究、检测是非常重要的。

光谱法测水质具有速度快、精度高、省时高效等优点，但是在测量过程中会产生大量的光谱数据，在海水水质吸收光谱分析过程中，要对光谱数据曲线进行处理。实际采集的光谱数据是离散点数据，而且数据量很大，不便于分析处理。所以在实际中常常需要对光谱数据曲线进行简化处理。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于高斯多峰拟合的光谱解析方法，其特征在于，先确定含有待定高斯特征参数的吸收拟合函数，并对拟合误差进行数学建模，再确定迭代初值单元的中心坐标和迭代步长，通过持续迭代和比较直至求得最优拟合误差，再根据最优拟合误差反推出相应分割单元中心坐标值，即待求高斯特征参数，确定吸收拟合函数，从而将混合光谱分解成多个分峰。

具体技术方案如下：

一种基于高斯多峰拟合的光谱解析方法，用于海水水质吸收光谱的解析；先确定含有待定高斯特征参数的吸收拟合函数，并对拟合误差进行数学建模，然后确定迭代初值单元的中心坐标和迭代步长，通过持续迭代、比较、改变迭代步长直至求得最优拟合误差，再根据最优拟合误差反推出相应分割单元中心坐标值，即待求高斯特征参数，确定吸收拟合函数，从而将混合光谱分解成多个高斯分峰，具体包括以下步骤：

(1)确定含有待定高斯特征参数的吸收拟合函数：

式中，λ为混合光谱数据中横坐标值波长，a_j、b_j、c_j为高斯特征参数,n为高斯函数个数；

(2)对拟合误差进行数学建模：

式中，Q为拟合误差，y_i表示混合光谱数据纵坐标值，为吸收拟合函数值，m为在混合光谱数据中取值个数；

(3)确定迭代初值单元的中心坐标和迭代步长：在拟合过程中，将待求高斯特征参数对应到w维空间中，设定迭代初值、迭代步长；

(4)空间分割：以当前迭代步长为单位分割，分割单元即以当前迭代步长为边长的小w维空间；

(5)假定当前迭代初值单元的中心坐标(j＝1，2，3，…，n)对应的Q值为当前最小值，然后与所有相邻的分割单元中心坐标对应的Q值作比较；

(6)若找到更小Q值，则把此处Q值作为最小Q值，空间不变，把此处中心坐标作为迭代初值，增长迭代步长，返回到步骤(4)；

(7)若找不到更小Q值，则保留原Q值为最小Q值，将当前分割单元作为空间，迭代初值不变，缩短迭代步长，返回到步骤(4)；