[发明专利]基于压缩感知的特定气体源成分光谱分析方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知的特定气体源成分光谱分析方法，首先构建测量方程P＝QK，对方阵Q和向量P进行施密特正交化处理，令X＝T^‑1K，Ψ＝QT，T为一个下三角矩阵，将前述方程改写为P＝ΨX；对方程进行改造，生成M×N的0‑1随机矩阵Φ，其中MN，令Y＝ΦP，前述方程改写为Y＝ΦΨX；对方程进行求解，通过求解最优l₀范数精确求解：利用压缩感知理论中正交匹配追踪算法求得K＝TX。本发明提供的光谱分析方法，通过改造方程，减少测量次数，提高测量速度。

技术领域

本发明涉及一种基于压缩感知的特定气体源成分光谱分析方法及装置，属于混合物成分解析技术领域。

背景技术

在工业、农业、化工生产过程中，会产生大量的有害气体，这些气体对环境产生严重污染，如何对这些有害气体进行准确、有效的检测，根据检测结果采取相应的防范措施，以进一步改善人们的生活质量具有越来越重要的作用，因此多组分体检测时当前一个研究热点问题。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于压缩感知的特定气体源成分光谱分析方法及装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

对于特定气体源，比如燃煤电厂烟气、汽车尾气等，其可能的组成成分是可以事先确定的，并且其光谱是可以事先测定的。

一种基于压缩感知的特定气体源成分光谱分析方法，包括如下步骤：

(a)构建光谱测量方程，并进行正交化处理；

被测气体源的组成成分为N中，每一种成分的光谱为P_n(n＝1,…N)，被测气体源的光谱表示为

其中，P为被测气体的光谱，k_n为第n中气体的体积比；

令：Q＝[P₁ P₂ … P_N] (2)

则式(1)可以表示为P＝QK， (4)

首先通过选取采样波长，使方阵Q满足满秩条件；再对方阵Q和向量P进行施密特正交化：

Ψ₁＝P₁

…

相当于矩阵Q乘以一个下三角矩阵T，方程(4)可以写成

P＝QTT^-1K， (5)

其中矩阵

令X＝T^-1K，Ψ＝QT，则方程(4)改写为：

P＝ΨX (6)

(b)方程的改造；

生成M×N的0-1随机矩阵Φ，其中MN，在方程(5)的两侧乘以Φ，则：

ΦP＝ΦΨX (7)

令Y＝ΦP，方程(7)可以改写为：

Y＝ΦΨX (8)

对于向量Y中的值，可以通过测量不同波长光强的组合获得：