基于HITRAN光谱数据库的TDLAS直接吸收信号仿真研究

对TDLAS直接吸收信号进行仿真研究,能够充分了解TDLAS直接吸收的过程以及各个物理参量的变化对吸收信号的影响。首先全面研究分析了TDLAS直接吸收方法的理论基础及算法,给出了基于朗伯-比尔定率的气体吸收线强、吸收截面、浓度、线型函数以及气体总体配分函数等参量的表达式及计算步骤。基于HITRAN光谱数据库,利用MATLAB程序对TDLAS直接吸收过程进行了仿真,计算得到了一定温度、压力、浓度等条件下的吸收谱数据。以H2O为研究对象,仿真了其在各个线型下的吸收谱,并与商用软件Hitran-PC的结果进行比较,结果显示两者在Lorentz线型下的最大误差小于0.5%,在Gauss线型下的最大误差小于2.5%,在Voigt线型下的最大误差小于1%,因此验证了仿真算法及结果的正确性。还对不同压力和温度下ν2+ν3谱带H2O的吸收谱进行了仿真,研究了吸收谱随压力和温度变化规律。在低压范围,多普勒展宽占主导,线宽随压力变化很小,而幅度随压力增大而增大,在高压范围,碰撞展宽占主导,线宽随压力增大而增大,而幅度则随压力增大而趋于定值。最后还给出了大气环境温度范围内的温度修正曲线。该研究可以为TDLAS直接吸收方法的实际应用提供理论参考和指导。

基于HITEMP数据库的分子吸收光谱高精度快速建模方法

为解决高温环境下分子吸收光谱精确计算的时间复杂性,满足宽光谱测量领域对理论吸收光谱计算的需求,本研究利用Python语言以逐线计算为基础,结合线型函数的简化、线翼截止准则和谱线数据库的优化,建立了基于高温分子吸收参数数据库(High-Temperature molecular spectroscopic absorption parameters data-base,HITEMP)的分子吸收光谱精确快速计算模型。以Hartmann-Tran线型函数作为吸收光谱标准线型编写部分相关二次速度依赖硬碰撞函数(partially-Correlated quadratic-Speed-Dependent Hard-Collision Profile,pCqSDHC),结合复概率函数(Complex Probability Function,CPF)简化模型实现了线型函数的精确快速计算,相较于理论计算模型计算速度提高了20倍。按照光谱计算残差在10-5量级确定了固定波数截断结合谱线半宽等倍数截断的线翼截止准则。以阈值线强度10-25 cm^(-1)/(mol∙cm^(-2))为标准筛选了每100 K温度梯度时的光谱数据,整合得到优化数据库。在6500~8000 cm^(-1)范围内对水分子的吸收光谱进行计算,并与“SpectraPlot.com”分子气体集成光谱建模网站仿真结果对比,逐线模型的计算误差在10^(-7)量级,优化模型的计算误差在10-5量级,计算速度平均提升25倍。该模型满足吸收光谱测量中对于理论吸收光谱的高效准确计算,为复杂环境中基于宽调谐、超连续激光吸收光谱的测量研究提供了理论模型基础。

基于HITRAN数据库的深海甲烷辐射光谱仿真研究

研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射光谱与浓度、温度、压强的理论关系式,结合深海高压环境特点,建立了基于Lorentz线型的深海分子辐射模型,该模型为利用光谱法定量反演分子浓度、温度、压强等状态参数提供理论依据,同时为深海分子光谱仿真提供有力工具。接着,借助HITRAN分子光谱数据库提供的分子基本谱线参数,挑选出甲烷成像干涉系统的光源谱线。对比CH_(4)分子与CO_(2),H_(2)S,H_(2)O等分子的特征吸收谱线,在5990~6150 cm^(-1)波段范围内,CH_(4)谱线强度比CO_(2),H_(2)S,H_(2)O等三种干扰分子的谱线强度约高2~3个数量级,且此波段内甲烷六条有效谱线分布均匀,谱线间距皆约为2~3 nm,非常适合采用光谱法进行分子状态参数探测,因此选择谱线干扰较弱、谱线分布均匀、谱线间距适中的甲烷六条谱线(1640.37,1642.91,1645.56,1648.23,1650.96和1653.72 nm)作为甲烷成像干涉探测系统的目标光源谱线。最后,基于深海分子辐射模型和HITRAN数据库的甲烷分子基本谱线参数,人工合成了甲烷任意浓度,任意温度和任意压强的辐射光谱数据,并分析了甲烷辐射光谱随浓度、温度和压强的变化特征。对于单一中心谱线,甲烷分子辐亮度随着浓度的升高而线性增大,随着温度的升高而非线性增大,随着压强的升高而非线性减小。对于全波段谱线,甲烷辐射光谱的全线宽随着浓度、温度的升高而变宽,随着压强的升高而变窄。建立的深海甲烷辐射光谱理论和仿真分析结果,可以为基于光谱法的海洋原位甲烷传感器的研制和数据反演提供数据支撑和理论依据。

不同版本HITRAN数据库中红外波段上行传输透过率的计算

为比较不同版本数据库对透过率计算精度的影响，利用逐线积分辐射传输模式，对比分析了HITRAN 2k,HITRAN 04和HITRAN 08数据库在中红外波段（2-12 μm）、四种初始高度（1、10、15、20 km）上行大气传输分子透过率的差异。结果表明，在4种初始高度上，04版本的平均绝对偏差均比2k版本小，而且在某些波段上对应的绝对偏差均较大：在1cm-1分辨率时，仅考虑C02吸收，04、2k版本对应的最大绝对偏差为0.338（2.696 μm）和0.394（2.749 μm） 在0.1cm-1分辨率时，考虑7种分子吸收，04、2k版本对应的最大绝对偏差达到了 0.95（4.191 μm）和0.936（3.568 μm）。在计算中红外波段不同初始高度上行大气传输透过率时，采用旧版本的HITRAN数据库在某些波段会产生相当大的误差。

HITRAN数据库在甲烷检测仪开发中的应用

煤矿瓦斯事故严重制约了煤矿安全生产。开发一款便携光学检测仪器,具有现实意义。利用HITRAN数据库对甲烷近红外谱区进行研究。选择了1331.5nm和1653.7nm两个波长作为主要研究对象,并对它们的吸收特性以及其他干扰因素的影响进行研究。研究结果表明,1331.5nm较适于作为推广仪器检测的波长,其他干扰气体在这以波长的影响不大,但是温度的影响不可忽略,为了提高检测准确度,要进行温度补偿。

新疆典型荒漠植物光谱数据库构建

【目的】构建新疆典型荒漠植物光谱数据库系统,实现典型荒漠植物光谱数据高效管理和通用处理分析,增强光谱数据的实用性和荒漠区域生态恢复高光谱遥感生境监测数据的多源性。【方法】采用数据库技术、计算机技术和高光谱数据处理分析技术,基于C/S模式架构在VS2008平台下,基于SQL Server 2008关系型数据库,利用C#语言与IDL混合编程开发数据库系统。【结果】设计并完成了典型荒漠植物光谱数据库和系统功能开发,实现了光谱数据的入库存储、管理和光谱微分、光谱积分、光谱匹配、植物光谱特征参数提取分析等通用处理分析功能。【结论】为研究区生态恢复高光谱遥感定量监测提供有效的数据服务和技术支持。

矿物岩石高光谱数据库分析

U SGS- MIN、JPL、JHU、IGCP- 2 6 4、ASTER等是当前国际上几个常用的光谱数据库。本文通过分析这些光谱库数据 ,发现某些矿物的光谱在不同光谱库中有较大的差异 ,甚至在同一光谱库中也有多种曲线形态。由此进一步分析并验证了由矿物组成的各类岩石在光谱特征上存在更大的变异。这些差异都会给高光谱遥感图像分析带来不利影响。文中讨论了影响矿物、岩石光谱特征的几个因素 ,并指出了建立光谱库的注意事项。

数字化地物反射光谱数据库研究进展

随着遥感技术向更高的光谱分辨率方向发展,数字化地物反射光谱数据库的建立和开发越发显得重要,它是遥感应用研究中一项基础性的研究内容和研究方向。遥感应用越来越依赖于地物波谱特征,并且已经发展到定量分析的新阶段,文章较为系统的总结和介绍了近年来国际和国内在数字化地物反射光谱数据库方面的研究现状和该领域的发展趋势,对已建立的包括荒漠、植物、地质、土壤、矿物、云层、雪、大气、岩石、水体、陨石、月球、人造材料、混合物、挥发物、液体等的多种数据库研究现状进行了介绍,并对数字化地物反射光谱数据库的建设中存在的诸如没有统一的光谱数据库国家标准、缺乏地物划分的统一标准、不同数据库之间缺乏可比性、无法进行数据共享机制等问题提出了相应建议。

物证检材光谱数据库的建设

建设物证检材光谱数据库为化学成像在法庭科学领域的理论与应用研究提供一个综合化、系统化和专业化的标准光谱实验平台。在典型物证检材光谱曲线图与实际案例图像数据积累的基础上,以光谱数据的知识化、定量化和实用化为目标,完成物证检材标准谱图、现场物证间的相互匹配。有助于获取和积累大量典型物证检材光谱信息数据,并进行有效地组织与管理,使化学成像技术更好的服务于物证鉴定各检验学科。

新疆盐渍土壤和盐生植被高光谱遥感数据库

在新疆部分具有代表性的盐渍土区 ,使用GER2 60 0野外光谱仪 ,测定了一些盐渍土壤、盐生植被的反射光谱 ,建立了高光谱数据库 ,数据库用Java语言编写 ,可在Internet上实现浏览、放大。

基于BS结构的太赫兹光谱数据库的设计与实现

随着太赫兹技术中关键科学与技术问题的解决和有关仪器发展,其在各个领域的应用也备受人们的关注。由于太赫兹光谱技术具有一些独特优势,在快速无损检测技术的发展方面具有重要的应用前景,该技术与其他方法互补,可以解决许多原来难以解决的检测问题。进一步开发太赫兹光谱技术实际检测方法的关键之一就是需要具有一套较为完整和可靠的太赫兹光谱数据库。介绍了近期开发的一个基于浏览器/服务器(Browser/Server)的太赫兹光谱数据库系统。根据实际需要设计了太赫兹光谱数据库的结构和主要功能。该数据库目前包括240多条太赫兹光谱信息,其数据来源包括三个部分:(1)收集了部分国外太赫兹光谱数据库的信息;(2)从文献中收集部分光谱数据;(3)国内部分实验室测量的太赫兹光谱数据。着重介绍了建立BS结构的太赫兹数据库的基本结构和项目,介绍了BS结构太赫兹光谱数据库的功能与检索方法。该数据库具有计算样品的光学参数功能,可以根据输入的太赫兹时域光谱数据计算出样品的吸收系数,折射率等其他光学参数,以便于样品特征研究和谱库检索。检索系统能方便的提供注册用户收集、查询、显示谱图及其实验数据和分子结构图、数据匹配等功能。该数据库可以登录http://www.teralibrary.com进行查询和使用。该数据库是根据目前的太赫兹光谱数据信息建立的,以后会逐渐完善。希望该太赫兹光谱数据库能够为用户提供强大、方便和高效的服务功能,进而推进太赫兹技术在更多领域的应用。

光谱数据库系统的设计及应用

根据已建立的一个光谱数据库管理系统 ,详细探讨了光谱数据库系统的数据规范、结构设计、功能组成等关键技术问题。

光谱数据库软件系统

介绍了红外光谱及核磁共振波谱信息库系统的设计方案和技术关键。系统数据库包含纯化合物红外光谱约9万多张,高聚物红外光谱1．2万张,药品红外光谱1千张,以及核磁共振氢谱6万多张．碳谱4万多张。可以按光谱编号、化学名、商品名、原子数、分子式进行查询,还能根据未知物光谱图的谱峰形状进行检索。结果得到未知化合物的相关信息及其标准谱图。

大气毒物傅立叶变换红外光谱差减定量数据库的建立

本文在总结大气毒物红外吸收光谱规律和实践经验基础上,提出了确定大气毒物傅立叶变换红外光谱差减定量谱线的六条原则,并建立了光谱差减定量数据库,可供大气毒物傅立叶变换红外光谱自动定量分析实时咨询使用.

拉曼光谱数据库及信息查询系统

随着拉曼光谱议的不断发展,尤其是便携式拉曼光谱仪的普及,与其配套的各种拉曼数据库的建立是十分重要的。目前大多数实验室都依赖进口仪器及其相应的数据库。因此建立我国自己的拉曼数据库具有重要的意义。本文采用目前最先进的数据库软件平台,构建了大型拉曼光谱数据库。本数据库包括宝玉石及其填充物、原生矿物、毒品,农药,打印复印墨迹、化学药剂等数个子数据库,总计有数千条图谱及数据信息。可以通过中文名称、英文名称、化学式、特征峰等多种方式进行查询。系统具有智能化的信息查询模块,并且支持模糊查询。根据最强的三个特征峰值进行搜索,是其区别其他数据库的显著特点。在特征峰搜索模式中,通过依次输入拉曼图谱中的最强特征峰值,经过几次比对和确认可以显示出满足搜索条件的图谱,最终逼近真实结果。操作人员只需经过简单的培训,使用较低硬件配置的计算机,就能够在几秒钟内根据实际测得拉曼图谱,从数据库中查找出与其匹配的信息,从而快速准确的鉴定出其构成与或所属矿物。本数据库在功能上可以不断扩展,包含的数据信息可以不断扩充。该数据库可广泛应用于公安法学,宝玉石真伪,化学分析等各种物相鉴定领域。

基于Web的痕量气体特征光谱数据库

痕量气体特征光谱是应用光谱分析技术检测大气污染的基础,与大气痕量气体测量、空气质量评估等诸多环境问题密切相关。在研究特征光谱基本参数的基础上,设计了基于Web的痕量气体特征光谱数据库的数据模型、系统结构和模块组成,完成了远程交互查询,在线预览谱线绘图和下载结果谱线数据等功能,为对比分析痕量气体分子吸收谱线提供了更有效的途径。

基于Oracle的高光谱影像数据库研究

为有效地组织和管理高光谱影像,本文提出了基于Oracle数据库平台的高光谱影像存储和管理的解决方案。基于对象关系-模型设计了光谱数据表组+属性数据表组的存储规范以及波段独立顺列式、波段集中整合式以及表单位式的三种存储模式。采用地形瓦片和影像金字塔的快速索引结构设计和建立了高光谱影像数据库的原型。

西北地区典型地物光谱数据库建设

使用FieldSpecProFR2500便携式光谱仪,在甘肃典型区域,测定了一些特色农作物和典型植被的反射光谱。利用计算机编程技术,建立了西北地区典型地物光谱数据库。文章主要介绍了光谱数据的采集,数据库系统的建立过程以及数据库的应用和存在的一些问题。

地形信息光谱数据库系统设计与开发

地形信息光谱数据库以地形信息波谱数据的知识化、定量化和实用化为目标,是一个集地物光谱实测数据、环境参数、景观图片数据、影像数据、测绘知识等于一体的地形信息光谱知识库,具有数据转换、检索查询、可视化分析及光谱匹配等功能。地形信息光谱数据库实现了地物波谱数据与地形图中地形要素的有机结合,为地形要素属性信息自动分类提供了技术支撑和实验环境,为快速实现地形图的测制与更新提供新的技术方案。

基于Visual Foxpro 6.0的烟火药发射光谱数据库

本文主要利用VisualFoxpro6.0数据库软件,收集整理了现有原子、分子光谱数据,建立了一个比较完整的发射光谱数据库系统,可方便地进行数据浏览、查询、维护。此数据库进行再开发后,还可以进行烟火药反应所产生的发射光谱分析研究。