参数优化的Kalman滤波用于激光吸收光谱气体测量

摘要：

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在测量过程中不可避免地会受到光学条纹、探测器噪声和电路噪声等干扰,导致输出结果波动较大.使用Kalman滤波器对测量结果进行后处理可有效提高TDLAS系统的测量精度和抗干扰能力.重点对Kalman滤波算法中的测量噪声协方差σv与过程激励噪声协方差σ2w的比值g进行了研究.从滤波器输出结果的波动和输出响应时间两个维度入手,通过赋予二者不同的权重得到滤波器的综合效果评价指标R,综合研究了R-g关系,得出了最佳g值为27.同时,仿真验证了 Kalman滤波比平滑滤波和扩张状态滤波在抗干扰和稳定性方面的优势.将参数优化后的Kalman滤波器用于TDLAS逃逸氨检测中,体积分数为4.7×10-6的NH3的浓度、体积分数为108×10-6的NH3的浓度、H2O的浓度、温度的测量精度分别提高了 3.54、3.48、3.00、2.80倍.

关键词：光谱学、调谐激光吸收光谱、Kalman滤波、测量精度、参数优化

所属期刊栏目：42

分类号：TH744(仪器、仪表)

资助基金：国家自然科学基金;天津市自然科学基金

在线出版日期：2022-11-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：199-206