一种基于波长生长的红外预警谱段选择方法
短波红外InGaAs探测器功能简析
红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75～1000μm之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。
目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。
一般使用者对红外线的分类为（1）近红外(NIR, IR-A DIN)：波长在0.75～1.4μm；（2）短波红外(SWIR, IR-B DIN)：波长在1.4～3μm；（3）中波红外(MWIR, IR-C DIN)：波长在3～8μm；（4）长波红外(LWIR, IR-C DIN)：波长在8～15μm；（5）远红外(FIR)：波长在15～1000μm。
根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。
空气中的一些气体分子如CO2、H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。
大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个：1～3μm，3～5μm，8～14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。
红外探测器从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。
人们通过不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。
在这些应用中红外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。
理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。
热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。
目前主要利用温差电效应、热释电效应、金属、气体等热胀冷缩现象、超导体在Tc附近升高温度电阻急剧变化等等。
联合区间高斯过程的近红外光谱波长选择方法及应用
联合区间高斯过程的近红外光谱波长选择方法及应用徐琛;尹燕燕;刘飞【摘要】Based on Gaussian Process (GP),a wavelength selection algorithm named Synergy Interval Gaussian Process (siGP) model is proposed in this paper by using near infrared spectroscopy technology.Full spectrum is divided into a series of unique and equal spacing intervals,before selecting optimal several intervals to establish GP model.Due to the GP model with nonlinear processing ability,the method reduces the disadvantages of nonlinear factor.Taking the near infrared spectrum data of moisture content and pH in solid-state fermentation of monascus as performance verification object of this new algorithm,the prediction correlation coefficient (R p )of moisture content and pH are 0.956 4 and 0.9773,respectively.The root mean square errors for prediction set (RMSEP)are 0.012 7 and 0.1 61 0,respectively.Data points participating in modeling decrease respectively from the original 1 500 to 225 and 375.In the prediction for independent samples,it shows good paring with traditional synergy interval partial least squares (siPLS)algorithm,the results show that the siGP achieves the best prediction result.The prediction correlation coefficient of moisture content and pH in new algorithm has increased respectively by 3.37% and 3.5 1%under the model of Gaussian Process,with increases of 29.4% and 34.8% in the root mean square errors for prediction set. This study shows that the combination of siGP and GP model can select wavelength effectively and improves theprediction accu-racy of the NIR model.This method is reference for realizing the online detection and optimization control.%针对近红外光谱应用,提出了一种基于高斯过程(GP)模型的波长选择算法,即联合区间高斯过程(synergy interval gaussian process,siGP)算法。
傅立叶红外光谱的作用
傅立叶红外光谱的作用傅立叶红外光谱（FTIR）原理及应用：一、原理•红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。
红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区(2.5~25um;4000~400 cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。
•红外光谱属于吸收光谱，是化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的。
化学键振动吸收的红外光波长取决于化学键的动力学常数和两端连接原子的折合质量，即取决于分子的结构特征。
这是红外光谱法确定化合物结构的理论基础。
•傅里叶红外光谱（FT-IR）仪由光源、迈克尔逊干涉仪、样品池、检测器和计算机组成由光源发出的光经过干涉仪转变成干涉光，干涉光中包含了光源发出的所有波长光的信息。
当上述干涉光通过样品时某一些波长的光被样品吸收，成为含有样品信息的干涉光，由计算机采集得到样品干涉图，经过计算机快速傅里叶变换后得到吸光度或透光率随频率或波长变化的红外光谱图。
•FT-IR的特点:(1)扫描速度快，扫描时间内同时测定所有频率的信息。
(2)具有很高的分辨率。
(3)灵敏度高。
不用狭缝和单色器，更高的能量通过。
(4）高精度优点。
二、应用•红外光谱作为“分子的指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。
根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，求出化学键的力常数、键长和键角。
从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。
傅立叶变换红外光谱仪目前比较集中的应用领域有以下几个方面：(1)在医药化工行业上的应用，(2)在高分子材料研究上的应用，(3)在石油化工行业上应用，(4)在矿物学领域的应用，(5)在材料生产领域上的应用，(6) 在生物医学研究方面的应用， (7) 在半导体材料领域上的应用， (8)有在刑侦鉴定上的应用，(9)在气体分析方面的应用，(10)在大气环境监测上的应用。
第九章红外探测技术
第九章 红外探测技术
（二）红外探测技术的发展 随着红外探测器的发展,红外技术的应用日益广泛: 19世纪,随着红外探测器的出现,
人们利用它研究天文星体的红外辐射; 化学工业应用红外光谱进行物质分析. 红外探测技术的发展得益于战争尤其是二次大战 的刺激。随后的冷战时期，到现今的局部战 争，人们不断加深对红外探测器重要性的认 识。至今，军事应用仍占整个红外敏感器市 场的75%。
同时InSb和PtSi都没有波长可调性和多色探测能 力。
掺杂Si有很宽的光谱带宽，但是也不具备波长可 调性，而且必须工作在很低的温度。
第九章 红外探测技术
1959年Lawso研制出碲镉汞（HgxCd1-xTe） 的长波长红外探测器，这是红外技术史 上的一次重要进展。
它是目前性能最好，也是最广泛应用的II －VI族红外探测器。它是利用带间吸收， 因此具有极高的探测率和量子效率。通 过调节Hg的组分x可以实现带隙从00.8eV的连续可调。因此它所能探测的 波长范围覆盖了中波红外（3-5μm）和 长波红外（8-14μm）两个波段。
第九章 红外探测技术
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9.1 红外辐射的基本知识
一、红外线的发现和本质
1672 年，人们发现太阳光（白光）是由各 种颜色的光复合而成，同时，牛顿做出 了单色光在性质上比白色光更简单的著 名结论。使用分光棱镜就把太阳光（白 光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫等各色单色光。
式中,
h 称为普朗克常数:
h (6.626075 0.000004 ) 1034 J • s
可见，光子能量与频率、波数或波长之间具有完全 确定的关系
第九章 红外探测技术
三、红外辐射特性 红外线与可见光具有相似的特性：
红外物理与技术参考答案
红外物理与技术参考答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN习题参考答案以下为各章习题解析要点：第1章1-2（1）太阳七色光的热效应；绝对零度。
（2）是很大的数值，不能直接测量；测得的频率数值精度通常比测得的波长数值精度低。
（3）0.75~1000μm；10。
（4）8~12μm或8~14μm；3~5μm。
（5）局部充血，皮温上升。
（6）电阻值；热点。
1-3 红外辐射的波长范围是0.75~1000μm，跨过大约10个倍频程，根据红外辐射在地球大气层中的传输特性，把整个红外辐射光谱区按波长分为四个波段：近红外波段（波长0.75~3μm）；中红外波段（波长3~6μm）；远红外波段（波长6~15μm）；极远红外波段（波长15~1000μm）。
1-4 红外辐射既具有与可见光相似的特性，如反射、折射、干涉、衍射和偏振，又具有粒子性，即它可以以光量子的形式被发射和吸收。
同可见光相比，同时具有独有特性：（1）必须用对红外辐射敏感的红外探测器才能探测到；（2）红外辐射的光量子能量比可见光的小；（3）红外辐射的热效应比可见光要强得多；（4）红外光谱区比可见光谱区含有更丰富的内容；（5）红外辐射更容易被物质所吸收。
1-5 红外物理与红外技术所研究的内容不同，它们是相互联系、相互依存、相互融合的，二者之间的关系既紧密联系又相互区别。
1-6 如：红外制导；红外夜视；红外通信；红外预警；隐身藏匿武器探测；红外对抗等。
1-7 如：红外测温；红外遥控；红外医疗；红外遥感；红外辐射加热；红外光谱技术；红外故障诊断；红外灾害观测；建筑物检测等。
第2章2-1 辐射能: 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量，用Q 表示，单位是J ；辐射强度：描述点辐射源的辐射功率在空间不同方向上的分布特性； 辐射照度：指被照表面的单位面积上接收到的辐射功率，用E 表示； 光子辐射强度：光源在给定方向上的单位立体角内所发射的光子通量，用p I 表示；光子辐射照度：指被照表面上某一点附近，单位面积上接收到的光子通量，用p E 表示。
近红外光谱rpd-概述说明以及解释
近红外光谱rpd-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着科学技术的不断进步和人类对事物认识的不断深化，近红外光谱技术作为一种非破坏性、无接触、快速、准确、可重复性好的分析检测方法，在农业领域得到了广泛应用。
近红外光谱技术以其独特的物理特性和高度灵敏的分析能力，为农业种植、育种、病虫害检测、食品质量检测等方面提供了有力的支持。
近红外光谱技术基于物质与电磁波的相互作用原理，通过测量物质在近红外波段的吸收、反射和散射特性，获取物质的光谱信息。
通过对物质光谱进行分析和处理，可以推断出物质的组分、结构和性质等关键信息。
这使得近红外光谱技术在农业领域的应用变得无比重要和有益。
在农业生产领域，近红外光谱技术已经广泛用于对农作物品质、营养成分、水分含量、疾病害虫的快速检测和分析。
通过非破坏性的近红外光谱分析手段，可以准确、快速地对作物的成熟度、病虫害情况等进行检测评估，为农业生产提供科学依据和决策支持。
此外，近红外光谱技术在农业领域的应用还包括农产品质量检测、土壤养分分析、农药残留检测等方面。
通过测量近红外光谱与农产品的相互作用，可以检测和评估农产品的质量指标，如含水量、营养成分、残留农药等。
这为农产品的质量控制和食品安全提供了可靠手段。
尽管近红外光谱技术在农业领域的应用已取得了显著的成果，但也面临着一些挑战和困难。
比如，如何优化光谱数据处理算法，提高分析的准确性和稳定性；如何降低设备成本，提高仪器的可靠性和使用便捷性；如何加强标准化管理和监测体系建设，确保检测结果的可靠性和可比性等。
对于这些挑战，我们需要进一步研究和探索，以不断完善和拓展近红外光谱技术在农业领域的应用。
综上所述，近红外光谱技术在农业领域具有巨大的应用潜力和发展前景。
通过充分发挥近红外光谱技术的优势，我们可以更好地满足农业生产和食品安全领域的需求，提高农业生产效率和质量，推动农业可持续发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构：本文主要由引言、正文和结论三个部分组成。
VECTOR 22 FTIR 傅里叶变换红外光谱操作使用说明书.
Bruker VECTOR 22 FTIR傅里叶变换红外光谱操作使用说明书注意事项1. 保持测试环境的干燥和清洁。
2. 不可在计算机上进行与实验无关的操作。
3. 拷贝数据请使用新U盘。
4. 认真填写实验记录。
5. 相关论文发表后，请送一份复印件给中心仪器实验室。
VECTOR 22 FTIR光谱仪操作手册一. 红外光谱基本原理红外光谱（Infrared Spectrometry,IR）又称为振动-转动光谱，是一种分子吸收光谱。
当分子受到红外光的辐射，产生振动能级（同时伴随转动能级）的跃迁，在振动（转动）时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。
用红外光谱法可进行物质的定性和定量分析（以定性分析为主），从分子的特征吸收可以鉴定化合物的分子结构。
傅里叶变换红外光谱仪（简称FTIR）和其它类型红外光谱仪一样，都是用来获得物质的红外吸收光谱，但测定原理有所不同。
在色散型红外光谱仪中，光源发出的光先照射试样，而后再经分光器（光栅或棱镜）分成单色光，由检测器检测后获得吸收光谱。
但在傅里叶变换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品，经检测器获得干涉图，由计算机把干涉图进行傅里叶变换而得到吸收光谱。
红外光谱根据不同的波数范围分为近红外区（13330～4000cm-1）、中红外区（4000～650cm-1）和远红外区（650～10cm-1）。
VECTOR 22 FTIR光谱仪提供中红外区的分析测试。
二. 试样的制备1. 对试样的要求（1）试样应是单一组分的纯物质（2）试样中不应含有游离水（3）试样的浓度或测试厚度应合适2. 制样方法（1）气态试样使用气体池，先将池内空气抽走，然后吸入待测气体试样。
（2）液体试样常用的方法有液膜法和液体池法。
液膜法：沸点较高的试样，可直接滴在两片KBr盐片之间形成液膜进行测试。
取两片KBr 盐片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。
在一盐片上滴1滴试样，另一盐片压于其上，装入到可拆式液体样品测试架中进行测定。
红外预警卫星波段选择的影响因素分析
基于不同模型的红外预警卫星探测波段选择导弹预警卫星是目前探测弹道导弹发射的最有效的手段，它通过星载红外探测器探测到弹道导弹发射时尾焰的红外辐射，并把方位角和辐射强度等信息传给地面工作站，从而为地面防御系统提供尽可能长的预警时间。
通过课上老师的讲解可以了解到，DSP 预警卫星采用对2.7μm和4.3μm比较敏感的探测元件进行探测，后来通过查阅资料，进一步了解到选用2.7μm和4.3μm 附近波段的理论与算法依据，以及在不同的主要考虑因素下，建立不同模型所仿真出的具体探测窄波段也有所差别。
以下是对以不同影响因素为主时，对预警卫星所采用波段进行仿真后的研究情况与结果。
1. DSP预警卫星采用2.7μm和4.3μm波段的合理性分析在不考虑背景杂波对波段选择影响的情况下，从探测距离与信噪比两方面因素建立相应模型验证DSP预警卫星采用2.7μm和4.3μm波段的合理性。
DSP 预警卫星的探测距离估算预警卫星的扫描探测采用线阵列探测器，通过往复的扫描对整个视场空间进行搜索，在搜索到目标后，改为由凝视的面阵探测器进行跟踪，也就是说只有扫描探测器探测到了信号才有可能对导弹进行跟踪预警，因此我们对卫星探测距离的计算可以认为是对线阵列探测器作用距离的计算[1]。
采用线阵列探测器的红外搜索系统的理想作用距离模型以及DSP预警卫星探测的总视场角模型，以美国现役的DSP导弹预警探测卫星为例，可以仿真1~10μm 波段，探测器最大探测距离与波长的关系如下图所示。
图1. 1~10μm波段，探测器最大探测距离与波长的关系图[1]通过上图可以看出，助推段探测时，探测器的最佳工作波段在短波和中波波段，随波长的增加，探测距离急剧减小，以至于在长波波段时，探测卫星不能进行有效的探测。
信噪比对预警卫星工作波段的影响导弹主推段天基红外探测器所接收的能量包括：a. 导弹助推段的高温气体和导弹本体产生的红外辐射，简称为目标辐射辐照度；b. 地球背景的红外辐射辐照度；c. 大气的红外辐射辐照度；d. 太阳照射产生的反射和散射辐照度。
军用红外技术
一切温度高于绝对零度的物体都有其自的 红外辐射，这就是为目标和景物的探测、识别 奠定了客观基础。 1800年，英国天文学家F.W.Herschel首先 发现了红外辐射。二战后，许多国家都认识到 红外技术的重要性，并致力于其研究和发展， 其重要的工作是研制响应波段在大气窗口的光 子型红外探测器，并研制出如硫化铅(PbS)、 锑化铟(InSb)、锗掺汞(Ge:Hg)、碲镉汞 (HgCdTe)等红外探测器。
军用红外技术成为国家安全防御体系中的重要探测技术由于大气层外的空间最适于红外系统使用红外探测是侦察卫星导弹预警卫星采用的主要探测手段也是气象资源普查遥感卫星必备的探测方式
军用红外技术
一、概述
红外技术是研究红外辐射的产生、传播、 探 测、转换及其应用的技术。 一般按波长 将红外辐射分为： 0.78m< 1.4 m 近红外 1.4 m < 3 m 中红外 3 m < 1000 m 远红外
可扩散到n区一侧的结边界， n区的光生 空穴可扩散到p区一侧的结边界。同时， 结区的光生电子-空穴对受结电场的作用 而分开，电子漂向n区，空穴漂向p区。上 述过程的总效果是使p区和n区各自获得光 生正电荷和负电荷，使p-n结的势垒高度 降低。这种由光辐射而产生的势垒变化称 之为光生电动势，此现象叫光生伏打效应。
高温超导探测器被认为是红外与亚毫米 波波段的最佳器件，填补目前亚毫米波 段无探测仪的空白。 工耗小，噪声低 ，有利于制成均匀的大 面积阵列。 全天候工作能力较好。 成本低。Honeywell 93年称，淀积在Si 微结构上的高温超导测辐射热计之成本 比HgCdTe的要低几个数量级。
通常认为，大气三个窗口的红外辐射能量对 应目标的典型温度大约分别为1500k、900k和 300k。 红外FPA（焦平面阵列）探测器是红外探测 器发展史上的一个重要里程碑。它有两个显著 的特征，一是探测元数量很大，达到103～106 量级，以至可以直接置于红外物镜的焦平面上 实现所谓的大角度“凝视”，而不需要光机扫 描 结构；二是有一部分信号处理工作由与探测器 芯片互连在一起的集成电路完成，电子脉冲代 替了光学机械扫描体制。
红外分光光度法
红外分光光度法红外分光光度法1 简述红外分光光度法是在4000~400cm -1波数范围内测定物质的吸收光谱，用于化合物的鉴别、检查或含量测定的方法，化合物受红外辐射照射后，使分子的振动和转动运动由较低能级向较高能级跃迁，从而导致对特定频率红外辐射的选择性吸收，形成特征性很强的红外吸收光谱，红外光谱又称振—转光谱。
红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用。
习惯上，往往把红外区分为3个区域，即近红外区(12800~4000cm -1，0.78~2.5μm)，中红外区(4000~400cm -1，2.5～25μm)和远红外区(400~10cm -1，25~1000μm)。
其中中红外区是药物分析中最常用的区域。
红外吸收与物质浓度的关系在一定范围内服从于朗伯—比尔定律，因而它也是红外分光光度法定量的基础。
红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。
前者主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制和数据处理系统组成。
以光栅为色散元件的红外分光光度计，波数为线性刻度，以棱镜为色散元件的仪器以波长为线性刻度。
波数与波长的换算关系如下:)(10)41m cm μ波长波数（=-傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR ）则由光学台（包括光源、干涉仪、样品室和检测器）、记录装置和数据处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。
该型仪器现已成为最常用的仪器。
2 红外分光光度计的检定所用仪器应按现行国家质量与核查技术监督局“色散型红外分光光度计检定规程”、“傅里叶变换红外光谱仪检定规程”和《中国药典》2015年版四部通则0401规定，并参考仪器说明书，对仪器定期进行校正规定。
2.1 波数准确度2.1.1 波数准确度的允差范围傅里叶变换红外光谱仪在3000cm -1附近的波数误差应不大于±5cm-1，在1000cm-1附近的波数误差应不大于±lcm-1。
近红外光谱分析技术的数据处理方法
引言近红外是指波长在780nm〜2526nm范围内的光线，是人们认识最早的非可见光区域。
习惯上又将近红外光划分为近红外短波(780nm〜llOOnm)和长波(1100 nm〜2526 nm)两个区域•近红外光谱(Near Infrared Reflectance Spectroscopy,简称NIRS)分析技术是一项新的无损检测技术，能够高效、快速.准确地对固体、液体、粉末状等有机物样品的物理、力学和化学性质等进行无损检测。
它综合运用了现代计算机技术.光谱分析技术、数理统计以及化学计量学等多个学科的最新研究果，并使之融为一体，以其独有的特点在很多领域如农业、石油.食品、生物化工.制药及临床医学等得到了广泛应用，在产品质量分析.在线检测、工艺控制等方面也获得了较大成功。
近红外光谱分析技术的数据处理主要涉及两个方面的内容：一是光谱预处理方法的研究，目的是针対特定的样品体系，通过对光谱的适当处理，减弱和消除各种非目标因素对光谱的影响，净化谱图信息，为校正模型的建立和未知样品组成或性质的预测奠定基础；二是近红外光谱定性和定量方法的研究，目的在于建立稳定. 可靠的定性或定量分析模型，并最终确定未知样品和对其定量。
1工作原理近红外光谱区主要为含氢基团X-H (X=0, N, S,单健C,双健C,三健C等) 的倍频和合频吸收区，物质的近红外光谱是其各基团振动的倍频和合频的综合吸收表现，包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。
因为不同的有机物含有不同的基团，而不同的基团在不同化学环境中对近红外光的吸收波长不同，因此近红外光谱可以作为获取信息的一种有效载体。
近红外光谱分析技术是利用被测物质在其近红外光谱区内的光学特性快速估测一项或多项化学成分含量。
被测样品的光谱特征是多种组分的反射光谱的综合表现，各组分含量的测定基于各组分最佳波长的选择，按照式(1)回归方程自动测定结果^组分含量=C0+C1 (Dp) 1+C2 (Dp) 2 +…+Ck (Dp)k⑴式中：CO〜k为多元线性回归系数；(Dp) 1〜k为各组分最佳波长的反射光密度值(D=-lgp, p为反射比)。
基于移动窗口-迭代遗传算法的近红外光谱波长选择方法
各波长点在内循环中入选最优个体的频率;以此入选频率作为先验知识初始化下轮内循环的 GA种群,
使 GA可在信息量相对丰富的区域内细化搜索,加快搜优速率0 考虑到光谱数据的连续相关性,将不直
接用统计出的频率初始化种群,而先对频率作一次平滑,使得某段较优区间内的波长点都具有相对较高
的频率0 为确保初始种群具有适度的随机性,将按一定的概率运用先验知识0
作为自变量进行 PLS 建模,并计算预测误差平方和 P ESS 作为评价函数0 P ESS 值将随入选波长点
的个数 p的增大先迅速下降,再逐步上升,以 P ESS 取值最小确定 p0
IGA有两重循环,内循环运行常规遗传算法,每一循环步称为一代( generation) ,其间将调用选择~
交叉和变异遗传操作0 每个内循环则为外循环的一步,称为一轮( cycIe) ,其间还要调用两个操作:统计
长点在全谱中的位置O 从图中可见,5 次运
行结果较为稳定,选出的波长点集中于波谷
污水化学需氧量近红外光谱分析的波段选择
法是一种基于 Ｐ Ｓ模型 的有效波段筛选方法 ｑ Ｌ 本文建立 了参数可变 的 Ｍ Ｌ ＷＰ Ｓ平台 ， 并应用于污 水 Ｃ Ｄ近红外光谱分析的波段选择 Ｏ
型， 筛选 出最优波段该方法 的参数包括起点波长的
编号（ ） 采用波长点 的个数 （ 即窗 口内光谱数 Ｂ、 Ｎ，
据点的个数 ） Ｐ Ｓ因子数 （ ） 和 Ｌ Ｆ 对于不 同的 Ｂ和
１ 实 验 与 方 法
１ １ 实验 材料 、 器和 测 量 方法 ． 仪
Ｎ， 所得到的窗 口是 不同的 ， 同窗 口的最优 Ｆ 不 通
常 也是 不 同 的如果 窗 口的 Ｂ固定 ， Ｎ可 以从 １ 变 的波长 点数 ） 根据 预 （ ， 测效果可以筛选 出 Ｂ对应 的局部最优模型 ， 同时
《 ．暨南大学光电信 息与传感技术广东普通高校 重点 实验室 ． 东 广州 ５ ０ ３ ；．暨南 大学信 息科学技术 学院 。 东 广 州 ５ ０ ３ ３ １ 广 １６ ２ ２ 广 １６ ２：．广
摘
要 ： 采 用近 红 外 透 射 光谱 和 移 动 窗 口偏 最 小 二 乘 （ ＭＷＰ Ｓ 方 法 ， 立 污水 化 学 需 氧 量 Ｌ） 建
第 ３期
陈维 维 ， ： 等 污水化 学 需氧量 近红 外光 谱分 析 的波段 选择
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代表性 ， 本文的实际参数设 置如下 ： Ｂ为 ｌ １５ ， 一 ００ Ｎ为 １ 续 到 １０ 从 ｌＯ到 １５ 连 ０， １ ００有 间隔 ｌ 于 ０对 任意的 Ｂ和 Ｎ的组合 ， 共有 １４ ９ 个窗 口对 于每 ４７ ５ 个窗 口，Ｌ Ｐ Ｓ因子数（ ） Ｆ 设置为 ｌ ３ ， ～ ０ 根据预测效 果， 分别得到对应于 Ｂ Ｎ的局部最优模型（ 、 分别参 ２ 结 果 与讨 论 见 图 ２ 图 ３ 和 全局 最优 模 型全 局最 优模 型的起 点 、 ） ２ｎ 采 ６对 图 １ ８ 个污水样品的近红外光谱全体样品 波 长为 ８０ ｍ， 用波 长 点 的个 数 Ｎ为 １ ， 应 波 为 １ 段为短波 近红 外 区的 ８０～ ５ ｎ Ｐ Ｓ因子数 、 ２ ８０ ｍ， Ｌ 被随机划分为定标集 和预测集 ， 定标集 、 预测集的 ＭＳ Ｐ Ｒ ３２ ．ｍｒ 、．６ 样品数分 别 为 ５ ， １定 标 集 Ｃ Ｄ 范 围为 ５ Ｒ Ｅ 、 Ｐ分别 为 ｌ 、５５ ／Ｌ０ ９ ８表 １把全 ０３ Ｏ ２— 从 ３２ ｒＬ 均值、 ８ｍ ， ／ 标准偏差分 别为 ２０ ０ ９ ． （ ｒ 局最优模型和全谱模型的预测效果进行了对 比， ３ ． 、７ ７ ｍ／ 表１ 可见 ， 基于 ８０～ ５ ｒ 的最优模型的预测效 ２ ８０ ｍ ｉ Ｌ， ） 预测集 Ｃ Ｄ范围为 ５ ３ ２ ｒＬ 均值 、 Ｏ ５— ８ ｍ ， ／ 标准 果明显优于全谱模型 ， 并且采用的波长点个数远远 偏 差分别 为 ２ １３９ ． （ ／Ｌ ． ３ ． ，７ ８ ｍｒ ） 优于全谱波长 的个 数 ， 大大降低 模型 的复杂性此 外， 对应于 Ｂ Ｎ的局部 最优模型提供了更多的选 、 择， 上述诸模型为设计各种类型的专用近红外光谱 仪提供 了有价值的参考．
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第 ４８卷 第 ２期 激 光 与 红 外 ２０１８年 ２月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１８
文章编号：１００１５０７８（２０１８）０２０１９１０７
·红外技术及应用·
一种基于波长生长的红外预警谱段选择方法
作者简介：童锡良（１９８９－），男，博士生，研究方向是红外点目标探测，遥感载荷总体设计。Ｅｍａｉｌ：ｘｌｔｏｎｇ１２３０＠１２６ｃｏｍ 收稿日期：２０１７０６０２；修订日期：２０１７０７２１
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激 光 与 红 外 第 ４８卷
１ 引 言 导弹红外预警相机探测主动段导弹及尾焰的红
针对预警探测谱段选择的模型和方法已有一些 相关研究。徐琰珂等对 ＤＳＰ预警卫星的探测距离和 信噪比进行分析，得出在 ２７μ伟等考虑了目标辐射 强度、大气背景辐射强度、斜程透过率等因素，以目标 背景视在对比度为目标函数得到了最佳谱段［４］。叶 庆等基于对比度模型，引入了大气路径程辐射、太阳 散射影响，得出 ２６３～２８３μｍ和 ４１８～４５０μｍ为 探测谱段［５］。刘尊洋等提出了一种基于点目标辐射 通量表观对比度的谱段选择方法，讨论了目标高度对 表观对比度的影响［６］。张光明等将信杂比作为目标 函数进行探测波段选择［７］。张伟等基于综合信噪比 模型，针对不同目标辐射特性与背景杂波水平，选择 出了 最 佳 探 测 波 段 ２７３～２８５μｍ 与 ４２～４４３ μｍ［８］。Ｌｏｍｈｅｉｍ ＴＳ等指 出 谱 段 选 择 要 综 合 考 虑 背景辐射特征、大气透过率和背景杂波等因素［９］。
童锡良，周 峰，余恭敏
（北京空间机电研究所，北京 １０００９４）
摘 要：分析了不同谱段选择模型的优缺点和适用场景，在此基础上提出了一种基于波长生长 的谱段选择方法。将谱段选择分为确定中心波长和选择带宽两步，首先基于目标背景在入瞳 前的视在对比度确定最优中心波长；然后以综合信噪比为目标函数选择合适带宽。在具体方 法上，利用谱段连续性，通过中心波长迭代生长确定最佳探测谱段，针对一般区域生长可能陷 入局部最优解的情况提出改进方法，基于多个种子波长进行生长，取连续局部最优解的最大并 集作为全局探测谱段。通过谱段选择实例计算了典型预警场景下的最优谱段；然后讨论了目 标辐射强度、背景杂波、探测器噪声和空间分辨率对谱段选择的影响，得出对多种条件适应性 较好的预警谱段为 ２６０８～２９１５μｍ和 ４１９３～４４６４μｍ。本文提出的改进方法收敛性好， 精度较高。 关键词：探测谱段；目标背景对比度；区域生长；综合信噪比 中图分类号：Ｖ４４７＋１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１８．０２．０１１
外信号，预警谱段决定相机的光谱敏感范围。选择 合适的探测谱段能提高探测率，减少虚警；反之会降 低目标背景对比度，降低探测性能。
美国最早在米达斯预警试验卫星上采 用 ２３ μｍ短波 红 外 波 段，杂 波 干 扰 强。 国 防 支 援 计 划 （ＤＳＰ）预警卫星早期采用了 ２７μｍ短波红外单波 段，预警探测性能有所改善，但虚警率较高。从第二 代 ＤＳＰ开始，到后续的天基红外系统（ＳＢＩＲＳ）和新 一代可替代红外监视系统（ＡＩＲＳＳ）等天基预警卫星 都采用了 ２７～２９μｍ和 ４３～４４μｍ的短、中波 红外双谱段探测方式，虚警问题得到改善。目前详 细谱段和选择方法未见公开［１，２］。
Ｉｎｆｒａｒｅｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｂａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄ ｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｇｒｏｗｉｎｇ
ＴＯＮＧＸｉｌｉａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇ，ＹＵＧｏｎｇｍｉｎ
（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）