第35卷，第6期 2015年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35 ,No. 6 -pp1633-1638
June,2015
基于线性调频Z变换的差分吸收光谱数据处理方法研究
郑海明，李广杰，吴浩
华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003
摘要差分吸收光谱法(differentialopticalabsorptionspectroscopy，DOAS）是一种常用的污染气体监测方法，对所监测的光谱数据去噪可以提高反演精度。可采用傅里叶变换（fastFourier transform，FFT)滤波法滤除光谱数据中的噪声，但该算法本身会引人误差。提出一种线性调频Z变换法（chirpZtransform，CzT），通过对傅单叶变换之后的频谱进行局部细化，能够在保留傅单叶变换滤波法去噪效果的基础上，对算法的误差进行补偿，从而进一步提高反演精度。实验配置了SO：及NO2进行浓度反演，结果表明，直接采用相除法反演浓度时误差较大且很不稳定，线性调频Z变换法能够获得比傅里叶变换滤波法更高的反演精度。模拟了SO:和NO2混合气体实验，频谱分析结果表明FFT算法无法解决特征吸收结构被扭曲、削弱等问题，CZT算法能完成特定频段频谱的精细化重构，
关键词差分吸收光谱法；线性调频Z变换；二氧化硫；二氧化氮
中图分类号：0433.4
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593 (2015 )06-1633-06
出了广傅重叶变换滤波法处理SO差分吸收光谱，刘前林等费出由气体吸收光谱傅里叶变换后特征频率的幅值直接求出气体的浓度，李素文等将小波变换应用于差分吸收光谱数
大气污染已经成为制约经济社会发展的重要因素，并对人类的健康造成严重威胁，火电厂等固定污染源排放是大气污染的主要成因。最新的火电广大气污染物排放标准》（GB 132232011)规定自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉及燃气轮机组执行新的排放标准：对于高硫机组，SO2， NO，（以NO2计)排放限值分别为400和200mg·m-3，普通机组限值分别为200和100mg·m-3，重点地区的火力发电锅炉及燃气轮机组S02排放限值为50mg·m-s1。目前我国大部分燃煤火电厂都安装了烟气连续监测仪器，可对SO 和NO，等污染气体实现连续监测。差分吸收光谱法是一种常用的大气污染监测方法，由于该方法不需要抽取采样，并可同时监测多种气体，目前已经广泛地应用于环境检测仪器中[2a]
差分吸收光谱技术的关键在于如何准确获得所测气体的特征吸收光谱。传统的方法中，采取多项式拟合的方法来滤除光谱中的慢变化部分，再对快变部分进行多项式平滑去除噪声，然后用去噪后的快变部分来反演计算所测气体浓度，在滤除慢变化和平滑去噪过程中，带有很大的不确定性，导致反演精度难以得到保证。为解决这个问题，毛万鹏等提
收稿日期：2014-04-15，修订日期：2014-07-20
据处理，都取得了一定的进展，
本文从傅里叶变换谱分析算法自身固有的一些缺陷人手，提出一种新的差分吸收光谱数据处理方法，应用线性调频Z变换（CZT），对特征吸收频谱进行局部细化之后再进行浓度反演，并进行了实验研究，提高了浓度反演精度。
差分吸收光谱法监测原理
差分吸收光谱监测实验系统如图1所示。系统主要由以
Pulse Xenon Lamp
0 SO
ooe
Collimator Lenses
Fiber
NO
Collimaton Lenses
Fiber Spectromete
Tail Gas
Unit Emptic
口 Computer
Fig.1The diagram of experimental system
基金项目：国家自然科学基金项目（11174078），河北省自然科学基金项目（E2012502046），中申央高校基本科研业务费专项资金项目
(12MS102)资助
作者简介：郑海明，1972年生，华北电力大学机械工程系副教授
e-mail : haimingzheng@ 163 .com