基于Tikhonov正则化参数矩阵的激光吸收光谱燃烧场二维重建光路设计方法

作者：李宁^*; Tu Xin; 黄孝龙; 翁春生

来源：Acta Physica Sinica, 2020, 69(22): 374-384.

• 激光吸收光谱
• 二维重建
• Tikhonov正则化
• 奇异值分解

有限投影条件下激光吸收光谱二维测量光路优化对燃烧场重建结果具有重要影响.针对基于Tikhonov正则化的病态投影方程组求解问题,提出了基于正则化参数矩阵的光路设计与二维重建方法.建立了基于Tikhonov正则化参数矩阵的光路设计目标函数,利用遗传算法获得最佳光路布置方式,通过匹配光路与正则化参数分布对测量区域内正则化权重进行调整以减小重建误差.采用7185.6 cm–1波段H2O特征谱线并结合20条投影光路对10×10离散化测量区域内双峰高斯分布模型进行了重建,对5种光路布置方式重建结果进行了对比分析,结果表明基于Tikhonov正则化参数矩阵的光路布置方式重建结果最佳.光路数量越少, Tikhonov正则化参数矩阵作用效果越明显.开展了针对气液两相脉冲爆轰发动机外流场的模拟测量研究,验证了本文光路布置方式在复杂多变流场环境下重建效果.在实验室内针对小型燃气炉进行了实验测试,重建燃烧场峰值位置和幅值与实际情况吻合.研究结果对于推动激光吸收光谱二维重建技术在发动机诊断及燃烧效率提升方面的应用具有重要意义.

• 单位
  南京理工大学; 瞬态物理国家重点实验室