[发明专利]一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1.获取第i个测量周期下的二次谐波光谱信号D_i(n)与参考光路在第i个测量周期下无吸收情况的二次谐波背景信号B_i(n)，并利用式(1)进行背景噪声修正，得到第i个测量周期下的背景噪声修正后的光谱信号D_i’(n)；

D′_i(n)＝D_i(n)-B_i(n) n＝0,1,2...N (1)

式(1)中，i表示对应的测量周期，n为信号对应序列位置，N为所述n所取得的最大值；

步骤2.选取第i-1个测量周期下的光谱信号D_i-1’(n)的右侧旁瓣无吸收区的m个信号到第i个测量周期下的光谱信号D_i’(n)的左侧旁瓣无吸收区的m个信号，以及第i个测量周期下的光谱信号D_i’(n)的右侧旁瓣无吸收区的m个信号到第i+1个测量周期下的背景噪声修正后的光谱信号D_i+1’(n)的左侧旁瓣的无吸收区的m个信号；且0≤m≤N；

利用式(2)对所选取的无吸收区域信号进行多项式拟合，得到第i个测量周期下零线偏移噪声信号Z_i(n’)；

Z_i(n')＝a₀+a₁n'+a₂n'² n'＝0,1,2...N+2m (2)

式(2)中，a₀，a₁，a₂为拟合系数，n’为拟合信号对应序列位置；

步骤3.利用式(3)对零线偏移噪声信号Z_i(n’)进行截取，获取截取后的零线偏移噪声信号Z_i’(n’)：

式(3)中，式(1)中，p_i-1、p_i、p_i+1分别为第i-1个测量周期、第i个测量周期与第i+1个测量周期的不等精度权重，n’_max为所述n'所取得的最大值，且n’_max＝N+2m；

步骤4.利用式(4)对所述背景噪声修正后的光谱信号D_i’(n)进行修正，得到零线偏移噪声修正后的探测光谱信号D_i”(n)；

D″_i(n)＝D′_i(n)-Z′_i(n+m) n＝0,1,2…N (4)

获取第i个测量周期下的二次谐波光谱信号R_i(n)，按照步骤1-步骤4的方法对所述参考光路的第i个测量周期下的二次谐波光谱信号R_i(n)进行零线偏移噪声修正后得到零线偏移噪声修正后的参考光谱信号R_i”(n)；

步骤5.从Hitran数据库获取相关参数用于对高斯线型求取二阶微分，得到微分结果带入二次谐波分量的表达式，从而获得二次谐波的标准信号；

利用式(5)设置自适应拟合的最优准则：

式(5)中，I_minl代表二次谐波谱线左侧波谷强度，I_minr代表二次谐波谱线右侧波谷强度，I_minm代表二次谐波谱线两个波谷处的强度平均值，分别代表理论左侧与右侧旁瓣宽度，Λ_l、Λ_r分别代表二次谐波谱线左侧与右侧旁瓣宽度，ξ、ε分别为峰谷不对称阈值与旁瓣阈值；

根据所述最优准则，利用所述标准信号对零线偏移噪声修正后的参考光谱信号R_i”(n)和探测光谱信号D_i”(n)进行自适应迭代拟合，从而得到第i个测量周期下的线型不对称性修正后的参考信号XR_i”(n)与探测信号XD_i”(n)；

步骤6.根据已知的参考光路浓度，从而对所述参考信号XR_i”(n)与探测信号XD_i”(n)进行待测气体浓度反演，从而得到第i个测量周期下的反演结果。