基于荧光光谱的大气生物气溶胶组分识别方法研究
发布时间：2023-01-15 20:16
生物气溶胶主要由大气中的细菌、病毒、尘螨等构成,是一种具有生命活性的特殊物质,主要分布于大气对流层之中。生物气溶胶在空气中的扩散与传播有可能造成人类之间、人类与动物之间的流行性疾病传播,比非生物气溶胶具有更大的危害。为了有效对大气中的生物气溶胶进行及时预警,需要对生物气溶胶的种类进行鉴别,并对其浓度进行探测。激光雷达具有高时空分辨率的特点,加之激光与生物气溶胶粒子的相互作用,使其成为大气中生物气气溶胶观测的重要手段之一。本文基于荧光光谱对大气生物气溶胶进行组分识别研究。通过紫外波段激光诱导（266 nm波长）激发生物气溶胶中含有的有机生物成分,得到荧光光谱有效信息,实现对大气中生物气溶胶主要成分的识别。由于不同种类的生物气溶胶粒子具有不同特性的荧光光谱,被激发的生物气溶胶粒子特征峰的范围不同,可以作为成分识别的基础。基于大气回波光谱,论文提出了一种具有盲源分离功能的独立成分分析算法,实现噪声去除、基线漂移校正、拉曼回波光谱分离等预处理,从而得到混合荧光光谱信息。将提取后的拉曼光谱,混合荧光光谱与原始光谱进行了对比,证明了独立成分分析算法可以有效提取混合荧光光谱。本文利用遗传算法对混合荧...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题主要研究工作
2 激光诱导荧光机理
2.1 荧光效应
2.2 激光诱导荧光光谱
2.3 常见的生物气溶胶粒子荧光光谱
2.4 本章小结
3 荧光光谱预处理
3.1 光谱去噪
3.2 独立成分分析
3.2.1 ICA概述
3.2.2 独立分量分析理论基础
3.2.3 独立分量分析流程
3.3 光谱处理
3.3.1 提取拉曼信号
3.3.2 提取混合荧光信号
3.3.3 结果与分析
3.4 本章小结
4 荧光光谱识别
4.1 遗传算法理论
4.2 算法设计
4.2.1 编码和数据初始化
4.2.2 遗传操作
4.2.3 基本流程
4.3 已知种类浓度识别
4.4 未知种类浓度识别
4.5 优化算法
4.5.1 种群规模分析
4.5.2 收敛条件的影响
4.5.3 变异率的影响
4.6 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同紫外波段激发生物气溶胶荧光雷达系统性能分析[J]. 王强,何廷尧,华灯鑫. 光子学报. 2017(12)
[2]荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究[J]. 景敏,华灯鑫,乐静. 物理学报. 2016(07)
[3]生物战剂/气溶胶探测和识别系统综述[J]. 杨辉,宗军君,薛向锋,侯智斌. 舰船电子工程. 2015(01)
[4]基于本征荧光测量的双通道生物气溶胶检测技术研究[J]. 徐傲,熊超,张佩,廖小情,杨巍,赵永凯,黄惠杰. 光学学报. 2013(08)
[5]亚非地区沙尘和生物气溶胶影响美国西部湿沉降[J]. 邓彦阁. 中国环境科学. 2013(05)
[6]基于独立分量分析的混叠跳频信号分离算法[J]. 陈超,高宪军,李德鑫. 吉林大学学报(信息科学版). 2008(04)
[7]独立分量分析及其在核探测信号预处理中的应用[J]. 邹永祥,吴建平. 物探化探计算技术. 2008(04)
[8]遗传算法用于多组分拉曼光谱定量分析的研究[J]. 陈柳,张国平,周伟. 光学与光电技术. 2008(03)
[9]基于独立分量分析的单通道语音降噪算法研究[J]. 周成,刘钊. 激光与红外. 2005(05)
[10]毛细管电泳联合激光诱导荧光技术检测结直肠癌hMLH1基因突变[J]. 陆爱国,冯波,郑民华,许国旺. 临床检验杂志. 2005(01)
博士论文
[1]基于盲源分离的智能图像处理技术研究[D]. 康志龙.河北工业大学 2017
[2]集群式生物气溶胶监测无线传感器网络关键技术研究[D]. 单超.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[3]时域荧光扩散光层析的基本理论与实验研究[D]. 张丽敏.天津大学 2009
[4]战时不确定性运输路径优化研究[D]. 石玉峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]荧光激光雷达大气生物气溶胶探测数据反演方法研究[D]. 陈颖颖.西安理工大学 2019
[2]激光诱导荧光探测气溶胶装置的研制及实验研究[D]. 白同正.中国科学技术大学 2017
[3]基于双波长激发荧光光谱的花粉分类研究[D]. 朱江峰.浙江大学 2017
[4]基于盲源分离算法的过程监测方法研究[D]. 杨笑天.东北大学 2015
[5]青岛地区生物气溶胶中微生物活性研究[D]. 邵倩.中国海洋大学 2013
[6]FastICA算法研究及其在语音信号分离中的应用[D]. 张杰.湖南师范大学 2013
[7]大型模锻压机试验平台电控系统的研究与开发[D]. 陈炘.重庆大学 2012
[8]机器人规划与智能控制的研究及其仿真[D]. 李涛.安徽理工大学 2009
[9]基于独立分量的胎儿心电信号提取[D]. 柴晶.郑州大学 2009
[10]Fast-ICA模型及其在高光谱遥感污染弱信息分离中的应用[D]. 王小冬.中国地质大学（北京） 2009
本文编号：3731445
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题主要研究工作
2 激光诱导荧光机理
2.1 荧光效应
2.2 激光诱导荧光光谱
2.3 常见的生物气溶胶粒子荧光光谱
2.4 本章小结
3 荧光光谱预处理
3.1 光谱去噪
3.2 独立成分分析
3.2.1 ICA概述
3.2.2 独立分量分析理论基础
3.2.3 独立分量分析流程
3.3 光谱处理
3.3.1 提取拉曼信号
3.3.2 提取混合荧光信号
3.3.3 结果与分析
3.4 本章小结
4 荧光光谱识别
4.1 遗传算法理论
4.2 算法设计
4.2.1 编码和数据初始化
4.2.2 遗传操作
4.2.3 基本流程
4.3 已知种类浓度识别
4.4 未知种类浓度识别
4.5 优化算法
4.5.1 种群规模分析
4.5.2 收敛条件的影响
4.5.3 变异率的影响
4.6 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同紫外波段激发生物气溶胶荧光雷达系统性能分析[J]. 王强,何廷尧,华灯鑫. 光子学报. 2017(12)
[2]荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究[J]. 景敏,华灯鑫,乐静. 物理学报. 2016(07)
[3]生物战剂/气溶胶探测和识别系统综述[J]. 杨辉,宗军君,薛向锋,侯智斌. 舰船电子工程. 2015(01)
[4]基于本征荧光测量的双通道生物气溶胶检测技术研究[J]. 徐傲,熊超,张佩,廖小情,杨巍,赵永凯,黄惠杰. 光学学报. 2013(08)
[5]亚非地区沙尘和生物气溶胶影响美国西部湿沉降[J]. 邓彦阁. 中国环境科学. 2013(05)
[6]基于独立分量分析的混叠跳频信号分离算法[J]. 陈超,高宪军,李德鑫. 吉林大学学报(信息科学版). 2008(04)
[7]独立分量分析及其在核探测信号预处理中的应用[J]. 邹永祥,吴建平. 物探化探计算技术. 2008(04)
[8]遗传算法用于多组分拉曼光谱定量分析的研究[J]. 陈柳,张国平,周伟. 光学与光电技术. 2008(03)
[9]基于独立分量分析的单通道语音降噪算法研究[J]. 周成,刘钊. 激光与红外. 2005(05)
[10]毛细管电泳联合激光诱导荧光技术检测结直肠癌hMLH1基因突变[J]. 陆爱国,冯波,郑民华,许国旺. 临床检验杂志. 2005(01)
博士论文
[1]基于盲源分离的智能图像处理技术研究[D]. 康志龙.河北工业大学 2017
[2]集群式生物气溶胶监测无线传感器网络关键技术研究[D]. 单超.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[3]时域荧光扩散光层析的基本理论与实验研究[D]. 张丽敏.天津大学 2009
[4]战时不确定性运输路径优化研究[D]. 石玉峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]荧光激光雷达大气生物气溶胶探测数据反演方法研究[D]. 陈颖颖.西安理工大学 2019
[2]激光诱导荧光探测气溶胶装置的研制及实验研究[D]. 白同正.中国科学技术大学 2017
[3]基于双波长激发荧光光谱的花粉分类研究[D]. 朱江峰.浙江大学 2017
[4]基于盲源分离算法的过程监测方法研究[D]. 杨笑天.东北大学 2015
[5]青岛地区生物气溶胶中微生物活性研究[D]. 邵倩.中国海洋大学 2013
[6]FastICA算法研究及其在语音信号分离中的应用[D]. 张杰.湖南师范大学 2013
[7]大型模锻压机试验平台电控系统的研究与开发[D]. 陈炘.重庆大学 2012
[8]机器人规划与智能控制的研究及其仿真[D]. 李涛.安徽理工大学 2009
[9]基于独立分量的胎儿心电信号提取[D]. 柴晶.郑州大学 2009
[10]Fast-ICA模型及其在高光谱遥感污染弱信息分离中的应用[D]. 王小冬.中国地质大学（北京） 2009
本文编号：3731445
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