圖1. 基于VDL-DTCWT的背景光譜實(shí)時(shí)合成框架

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所團(tuán)隊(duì)在紅外光譜遙感分析領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《基于可變分解層雙樹(shù)復(fù)小波變換的大氣污染紅外光譜定量分析》為題發(fā)表于一區(qū)TOP期刊Analytical Chemistry。

主動(dòng)式紅外光學(xué)遙感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)放路徑多組分痕量氣體遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，由于開(kāi)放路徑光程中無(wú)法避免水汽吸收等因子的交叉干擾，且大氣溫濕度波動(dòng)、氣溶膠散射和光程擾動(dòng)等諸多因素均會(huì)導(dǎo)致背景光譜的非穩(wěn)態(tài)變化，影響紅外光譜定量分析的準(zhǔn)確度。因此，如何在動(dòng)態(tài)開(kāi)放環(huán)境中獲取穩(wěn)定而精確的背景光譜，成為制約主動(dòng)式紅外光學(xué)遙感技術(shù)在高精度測(cè)量領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性難題。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新方法，將可變分解層雙樹(shù)復(fù)小波變換(VDL-DTCWT)與非線(xiàn)性最小二乘擬合(NLLS)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行一體化檢索方法。該方法一方面利用VDL-DTCWT在不同波段自適應(yīng)重構(gòu)背景，穩(wěn)健提取多尺度、非穩(wěn)態(tài)特征的背景信號(hào);另一方面在NLLS前向模型中，將水汽等常見(jiàn)交叉干擾組分與目標(biāo)污染物同時(shí)作為獨(dú)立吸收組分，建模并聯(lián)合求解，有效避免了組分吸收信號(hào)之間的串?dāng)_。

圖2. 典型污染光譜擬合結(jié)果

實(shí)驗(yàn)證明，該方法在減少背景干擾和降低污染物濃度反演誤差方面均取得了顯著效果，大幅提升了主動(dòng)式光學(xué)遙感在復(fù)雜環(huán)境下的測(cè)量精度與準(zhǔn)確度。

該研究為開(kāi)放路徑條件下的紅外光譜定量分析提供了新的解決思路，也為相關(guān)光學(xué)遙感技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境中的高精度測(cè)量提供了重要參考，解決了紅外光譜分析領(lǐng)域無(wú)法獲取穩(wěn)定背景光譜的前沿技術(shù)難題。

秦玉勝博士后為論文第一作者，李相賢研究員為論文通訊作者。本研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目的資助支持。

審核編輯 黃宇