近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所團隊在紅外光譜遙感分析領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)研究成果以《基于可變分解層雙樹復(fù)小波變換的大氣污染紅外光譜定量分析》為題發(fā)表于一區(qū)TOP期刊Analytical Chemistry。

主動式紅外光學(xué)遙感技術(shù)，可以實現(xiàn)開放路徑多組分痕量氣體遠距離實時監(jiān)測。然而，由于開放路徑光程中無法避免水汽吸收等因子的交叉干擾，且大氣溫濕度波動、氣溶膠散射和光程擾動等諸多因素均會導(dǎo)致背景光譜的非穩(wěn)態(tài)變化，影響紅外光譜定量分析的準確度。因此，如何在動態(tài)開放環(huán)境中獲取穩(wěn)定而精確的背景光譜，成為制約主動式紅外光學(xué)遙感技術(shù)在高精度測量領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性難題。

研究團隊提出了一種新方法，將可變分解層雙樹復(fù)小波變換（VDL-DTCWT）與非線性最小二乘擬合（NLLS）結(jié)合起來進行一體化檢索方法。該方法一方面利用VDL-DTCWT在不同波段自適應(yīng)重構(gòu)背景，穩(wěn)健提取多尺度、非穩(wěn)態(tài)特征的背景信號；另一方面在NLLS前向模型中，將水汽等常見交叉干擾組分與目標(biāo)污染物同時作為獨立吸收組分，建模并聯(lián)合求解，有效避免了組分吸收信號之間的串?dāng)_。

實驗證明，該方法在減少背景干擾和降低污染物濃度反演誤差方面均取得了顯著效果，大幅提升了主動式光學(xué)遙感在復(fù)雜環(huán)境下的測量精度與準確度。

該研究為開放路徑條件下的紅外光譜定量分析提供了新的解決思路，也為相關(guān)光學(xué)遙感技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境中的高精度測量提供了重要參考，解決了紅外光譜分析領(lǐng)域無法獲取穩(wěn)定背景光譜的前沿技術(shù)難題。

秦玉勝博士后為論文第一作者，李相賢研究員為論文通訊作者。本研究獲得了國家重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目的資助支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c03806

圖1. 基于VDL-DTCWT的背景光譜實時合成框架

圖2. 典型污染光譜擬合結(jié)果