| 致谢 | 第4-5页 |
| 摘要 | 第5-6页 |
| ABSTRACT | 第6-7页 |
| 1 引言 | 第11-22页 |
| 1.1 课题研究背景及意义 | 第11-13页 |
| 1.2 地面痕量气体检测技术研究现状 | 第13-16页 |
| 1.2.1 非光学分析法 | 第13-15页 |
| 1.2.2 光学分析法 | 第15-16页 |
| 1.3 空间气体检测技术发展 | 第16-21页 |
| 1.3.1 国际空间站中气体检测技术发展 | 第16-21页 |
| 1.3.2 航天器舱内气体检测技术国内发展现状 | 第21页 |
| 1.4 课题研究内容 | 第21-22页 |
| 2 系统方案原理对比 | 第22-30页 |
| 2.1 空间生命科学实验中待测气体分析 | 第22-24页 |
| 2.1.1 二氧化碳 | 第23-24页 |
| 2.1.2 乙烯 | 第24页 |
| 2.2 面向空间应用的多组分痕量气体分析方法原理对比 | 第24-30页 |
| 2.2.1 TDLAS法 | 第24-27页 |
| 2.2.2 傅里叶变换红外光谱法 | 第27-28页 |
| 2.2.3 课题方案选择 | 第28-30页 |
| 3 系统理论分析 | 第30-46页 |
| 3.1 气体分子对光谱的选择吸收性 | 第30-31页 |
| 3.2 气体分子吸收光谱的展宽和线型 | 第31-35页 |
| 3.2.1 自然展宽 | 第31-33页 |
| 3.2.2 多普勒展宽 | 第33-34页 |
| 3.2.3 碰撞展宽 | 第34-35页 |
| 3.2.4 适用于本系统气体浓度反演的气体分子线型选择 | 第35页 |
| 3.3 气体吸收谱线选择 | 第35-37页 |
| 3.4 郎伯-比尔定律 | 第37-38页 |
| 3.5 长光程气体吸收池 | 第38-41页 |
| 3.6 激光计量误差分析与激光器选型 | 第41-46页 |
| 3.6.1 激光计量误差分析 | 第41-43页 |
| 3.6.2 参考激光器技术指标 | 第43-44页 |
| 3.6.3 激光光源选型 | 第44-46页 |
| 4 系统设计与实现 | 第46-62页 |
| 4.1 激光测量分系统设计 | 第46-56页 |
| 4.1.1 激光器驱动设计与实现 | 第46-49页 |
| 4.1.2 激光器温控电路设计与实现 | 第49-52页 |
| 4.1.3 光电探测器电路设计与实现 | 第52-56页 |
| 4.2 傅里叶变换红外光谱仪分系统原理与实现 | 第56-60页 |
| 4.2.1 红外光源和光阑 | 第56-57页 |
| 4.2.2 分束器 | 第57页 |
| 4.2.3 迈克尔逊干涉仪 | 第57-58页 |
| 4.2.4 红外探测器 | 第58-60页 |
| 4.3 长光程气体吸收池 | 第60-62页 |
| 4.3.1 光路设计 | 第60-61页 |
| 4.3.2 气体池光路入口窗片选择 | 第61页 |
| 4.3.3 实现检测目标所需要的气体池光程长度 | 第61-62页 |
| 5 数据预处理技术及气体浓度反演方法 | 第62-82页 |
| 5.1 小波变换算法实现光谱数据预处理 | 第62-69页 |
| 5.1.1 基线漂移 | 第62-63页 |
| 5.1.2 小波阈值滤波方法 | 第63-66页 |
| 5.1.3 小波变换对光谱预处理性能分析与测试 | 第66-69页 |
| 5.2 气体分子透过率光谱校准集 | 第69-74页 |
| 5.2.1 气体分子透过率计算光谱的生成 | 第69-70页 |
| 5.2.2 仪器线型函数 | 第70-74页 |
| 5.3 气体浓度信息反演 | 第74-81页 |
| 5.3.1 最小二乘法 | 第74-77页 |
| 5.3.1.1 最小二乘原理 | 第74-76页 |
| 5.3.1.2 普通最小二乘法（K矩阵法） | 第76-77页 |
| 5.3.1.3 多元线性回归法（P矩阵法） | 第77页 |
| 5.3.2 主成分回归法 | 第77-79页 |
| 5.3.3 偏最小二乘回归法 | 第79-81页 |
| 5.4 气体浓度反演方法的评价方式 | 第81-82页 |
| 6 系统实验与性能分析 | 第82-91页 |
| 6.1 傅里叶变换光谱仪搭建与测试 | 第82-84页 |
| 6.1.1 空气背景光谱测试 | 第82-83页 |
| 6.1.2 聚苯乙烯光谱(Polystyrene)测试 | 第83-84页 |
| 6.2 气体浓度反演算法验证与结果 | 第84-91页 |
| 6.2.1 乙烯标准气体的定量分析 | 第85-87页 |
| 6.2.2 植物培养温室内气体的定量分析 | 第87-91页 |
| 7 总结与展望 | 第91-93页 |
| 7.1 总结 | 第91-92页 |
| 7.2 展望 | 第92-93页 |
| 参考文献 | 第93-98页 |
| 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 | 第98页 |
