第34卷，第10期 2014年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.34,No.10 -pp2845-2850
October,2014
腔衰荡光谱技术中衰荡时间的准确快速提取王丹，胡仁志，谢品华1*，秦敏，凌六二12，段俊
1.中国科学院安徽光学精密机械研究所，中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽合肥230031 2安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽准南232001
摘要对NO:腔衰荡光谱（cavityring-downspectroscopy，CRDS)探测系统中衰荡时间的准确提取方法进行了研究。对衰荡时间有效快速的提取可以提高CRDS测量的精度和速度。选取了五种常用的提取衰荡时间的拟合方法，分别为快速傅单叶变换法、离散傅重叶变换法、线性回归总和法、列文值格-马登尔特算法和最小二乘法。采用以上五种算法对带有不同大小白噪声的模拟衰荡信号进行拟合，并从受噪声影响情况、拟合准确性和精度、拟合速率，三个方面对五种算法的拟合结果进行对比和分析，结果表明列文伯格-马夺尔特算法和线性回归总和法准确度高、抗噪能力强，但列文伯格-马夺尔特算法拟合速率相对较慢。选取衰荡时间的510借为衰荡信号的最佳拟合波形长度，此时五种算法拟合结果的标准偏差最小。采用外部调制二极管激光器及高反腔搭建CRDS探测系统，针对0.2%噪声的实验条件，选取线性回归总和法和列文伯格-马夺尔特算法对实际测量的实验数据进行处理。实验表明，线性回归总和法拟合准确度和精度与列文伯格-马会尔特算法相似，但拟合速率比列文值格-马会尔特算法快约5倍。实验结果与模拟分析相吻合，表明
线性回归总和法为适合我们实验条件的最佳拟合方法。关键词腔衰荡光谱；衰荡时间；NO3；拟合方法
中图分类号：0433
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2014 )10-2845-06
换法(fastFouriertransform，FFT)对CRDS技术测得的NO 衰荡信号进行拟合，该算法处理速度比L-M方法快约100 倍。Michael11]等提出了不需修正直接获取衰荡时间的离散
1988年，0’Keefe等首次将腔衰荡光谱技术（cavity ring-downspectroscopy，CRDS)用于光谱测量方面口]。由于 CRDS技术具有测量结果不受人射光强起伏影响及有效吸收光程长等优点，目前广泛应用于微量气体监测247、燃烧诊断、光谱测量5，61、化学反应动力学过程研究等方面，
衰荡时间的提取是腔衰荡光谱技术应用中极其关键的一个步骤，因为它直接影响CRDS测量的准确度和速度。对衰荡信号曲线进行拟合是提取衰荡时间最常用的方法。目前提取衰荡时间主要有以下几种拟合方法，最初人们对衰荡信号取对数后进行线性最小二乘法（least squares，LS）拟合["。 Naus[8]等利用列文伯格-马夸尔特算法（Levenberg-Mar-quardt，L-M)对衰荡信号进行非线性最小二乘法拟合，数据采样率达到儿百Hz]。Mazurenkao]等采用快速傅里叶变
收稿日期：2013-11-07，修订日期：2014-05-20
傅里叶变换法（discreteFouriertransform，DFT）和线性回归总和法（linearregressionofthesum，LRS）。目前尚未报道有人对以上五种拟合方法在CRDS数据处理中进行详细地对比和分析。
采用CRDS对NO3自由基进行监测，因大气中NO3自由基具有低浓度（0.1～0.6μg·m-"左右），反应活性高[12) 等特点，从而需要较高时间分辨率和灵敏度的检测方法，所以本文研究CRDS中准确快速提取衰荡时间的拟合方法。本文从受噪声影响，拟合准确性和精度，拟合速率和衰荡信号最佳拟合波形总长的选取，四个方面对以上五种拟合方法在CRDS数据处理中进行详细地比较和分析。根据模拟分析选择出适合实验条件的最佳拟合方法，并从实验上加以验证。
基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（B类）(XDB05040200），国家自然科学基金项目（41275038，61108031，61275151，41305139)资
助
作者简介：王丹，女，1988年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
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