CN118090650A - 一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光光谱分析检测的技术领域，具体涉及一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法。本发明中的参考光谱激光器和待测光谱激光器发射的激光通过光开关和分束器后到达探测器和光学池，通过光电探测器分别检测参考光谱激光器和待测光谱激光器自身的波动光强，通过光学池分别检测两激光器光束在光学池充满烷烃气体的背景下的传输变化，在不同温度和压力下测量光谱基线数据，建立两激光器背景光谱基线的相关多元线性回归模型，在光学池内不同温度和压力条件下可实时实现背景基线的重建，能够有效地提高光谱基线重建的准确性，进而解决烷烃气体测量过程中动态光谱基线重建的难题。
Description
技术领域
本发明属于激光光谱分析检测的技术领域，具体是一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法。
背景技术
烷烃类气体主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物质，由于它们均无色且易燃易爆，因此在石油勘探和运输中对烷烃类气体的挥发和泄漏进行检测是十分有必要的防爆手段。
现阶段烷烃气体检测方法主要有化学传感器、气相色谱技术、激光吸收光谱技术等。
传统的化学传感器受特定的检测元件的限制，由于外界环境温度和湿度的影响，导致检测精度往往不高。
气相色谱技术的测量设备庞大且操作较为繁琐，分析耗时较长，具有明显的滞后性，难以实现实时原位在线测量。
激光吸收光谱技术利用二极管激光器，在目标气体的特征吸收波段进行波长扫描，以吸收前后的光强变化来表征气体浓度。激光吸收光谱技术通常需要选择目标气体相对独立的吸收谱线，以尽可能大的排除其他气体的干扰，保证测量结果的准确度。但是类似C3H8、C4H10等烷烃类有机化合物分子，结构较为复杂，分子官能团转动和化学键振动形成的红外吸收光谱大概率会相互叠加，从而导致分子的特征吸收光谱加宽，在一定的范围内出现连续的宽谱吸收特征，直接影响测量结果。特别是基于激光直接吸收光谱技术检测高浓度的烷烃气体时，无法通过常用的基线拟合方式获得实时的背景光谱基线数据，因此转而采用如专利CN202311028017.3中通过氮气获得背景光谱基线的方式。但是采用氮气获得背景光谱基线的方式具有一定的局限性，首先对于使用密闭型光学池时，光路传输的稳定性会影响背景光谱的基线，需要间隔一段时间用氮气标定新的背景光谱数据，特别是在光学池温度和压力变化的情况下，需要实时切换氮气进行背景光谱基线标定，导致测量流程的复杂化，对环境的适应性不强。 其次，对于开放性光学池，无法通过氮气标定背景光谱基线，更是难以获得实时的背景光谱基线。由此可见，对于背景光谱基线的计算还需要进一步深入研究。
发明内容
为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统与方法。本发明的方法能够有效的提高光谱基线重建的准确性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，所述重建系统包括发射参考激光的参考光谱激光器和发射待测激光的待测光谱激光器；所述参考光谱激光器和所述待测光谱激光器并行布置，且两者的出射端均与同一个拥有两条可选光路的光开关的入射口相连接；光开关的出射口连接有分束器，分束器的一个出射口与光电探测器连接，另一个出射口与光学池的入射口连接，且光学池的出射口连接有光电探测器，且两个光电探测器均与收集数据的信号处理模块彼此连接。
方法，该方法使用上述的重建系统，包括以下重建步骤：
A1、使参考光谱激光器产生的参考激光和待测光谱激光器产生的待测激光分别通过分束器；在分束器中，按照相同的分光比分别将参考激光分为次参考光束和主参考光束，以及将待测激光分为次待测光束和主待测光束；接着使次参考光束和次待测光束射入光电探测器中，通过光电探测器检测出对应光束的扫描信号；同时使主参考光束和主待测光束分别射入处于设定压力、设定温度和设定烷烃气体环境下的光学池中，然后通过光电探测器检测射出光学池的光束的扫描信号；
A2、按照设定的步长持续调整光学池中的设定压力和设定温度，通过光电探测器检测对应的次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr、主参考光束的扫描信号St和主待测光束的扫描信号Ct，并存储在背景光谱信号库中；
A3、基于背景光谱信号库中存储的数据，建立求解主待测光束的扫描信号Ct的多元线性回归模型；
A4、通过多元线性回归模型求解出的主待测光束的扫描信号Ct即为待测激光的光谱基线。
作为本发明再进一步的方案：多元线性回归模型包括第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型，求解过程如下：
A31、将检测时间等分为多个时间跨度，接着将各个时间跨度均等分为多个时间段；
A32、获取当前时间段内对应光束的扫描信号，以当前时间段内当前光束的扫描信号的峰峰值作为当前时间段内当前光束的光强；用当前时间段内次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr、主参考光束的扫描信号St和主待测光束的扫描信号Ct分别与对应的光强相比，以获得当前时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt、次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr和主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt；其中，PSr表示当前时间段内次参考光束的光强，PSt表示当前时间段内主参考光束的光强，PCr表示当前时间段内次待测光束的光强，PCt表示当前时间段内主待测光束的光强；
A33、按照步骤A32中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt、次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr和主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt，并存储在背景光谱信号库中；
A34、以主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt为因变量，次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt和次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr为自变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第一多元线性回归模型；
A35、求解当前时间跨度内各个光束光强的光强均值，并用当前时间跨度内当前光束的各个光强与对应的光强均值相比，以获得当前时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)、主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)、次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr）和主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)；其中，mean(PSr)表示当前时间跨度内次参考光束的光强均值，mean(PSt)表示当前时间段内主参考光束的光强均值，mean(PCr)表示当前时间段内次待测光束的光强均值，mean(PCt)表示当前时间段内主待测光束的光强均值；
A35、按照步骤A34中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)、主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)、次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr)和主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)，并存储在背景光谱信号库中；
A36、以主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)和次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)之间的差值作为自变量，主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)和次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr)之间的差值作为因变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第二多元线性回归模型。
作为本发明再进一步的方案：在构建第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型的过程中，分为训练阶段和验证阶段；
以时间跨度为分配单位，按照时间顺序，将检测时间内的前N个时间跨度的数据依次存放在训练集中，检测时间内的其余数据依次存放在验证集中；
训练阶段：接着将训练集中各个时间跨度内的数据分别同时输入到第一多元线性回归模型中和第二多元线性回归模型中，在单次训练中使用同一个时间跨度内的数据对第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型同时进行训练；
验证阶段：将验证集中各个时间跨度内的数据分别同时输入到已经完成训练的第一多元线性回归模型中和第二多元线性回归模型中，在单次验证中使用同一个时间跨度内的数据对第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型同时进行验证；
在进行第一次验证时，首先获取训练阶段最后一个时间跨度内的主待测光束的光强均值mean(PCt)，并将该主待测光束的光强均值mean(PCt)作为当前时间跨度内的主待测光束的光强均值；接着从背景光谱信号库中获取当前时间跨度内除主待测光束之外的各个光束对应的扫描信号、归一化扫描信号和光强均值，然后将获取的数据输入到第二多元线性回归模型中，计算出当前时间跨度内的主待测光束的光强PCt；再将该主待测光束的光强PCt输入到第一多元线性回归模型中，计算出当前时间跨度内的主待测光束的扫描信号Ct，并将该主待测光束的扫描信号Ct与当前时间跨度内通过光电探测器检测到的主待测光束的扫描信号Ct进行比较。
同理，按照第一次的验证过程，继续进行后续的验证过程，在后续的验证过程中，后一时间跨度中输入到第二多元线性回归模型中的主待测光束的光强均值mean(PCt)为上一时间跨度过程中通过第一多元线性回归模型计算出的主待测光束的光强均值mean(PCt)。
作为本发明再进一步的方案：步骤A4的具体步骤如下：
A41、在第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型建立完成后，获取通过光电探测器实时测量得到的次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr和主参考光束的扫描信号St；
A42、按照时间顺序，将当前的检测时间按照步骤A31的方式划分成多个时间跨度和多个时间段，计算各个光束对应的各个光强均值和对应的各个光强；
A43、将各个光强均值输入到第二多元线性回归模型中，并同时选取训练第二多元线性回归模型时的任一主待测光束的光强均值作为当前第二多元线性回归模型中第一段时间跨度的主待测光束的光强均值；
S44、计算出第一段时间跨度的主待测光束的光强PCt；将该主待测光束的光强PCt输入到第一多元线性回归模型中，进而拟合计算出对应的主待测光束的扫描信号Ct；
A45、在计算第二时间跨度中主待测光束的扫描信号Ct时，通过第一时间跨度中计算出的主待测光束的扫描信号Ct计算对应的主待测光束的光强均值，并将该主待测光束的光强均值作为第二时间跨度的主待测光束的光强均值，然后按照步骤A44的方式拟合计算出第二时间跨度的主待测光束的扫描信号Ct；以此类推，以前一时间跨度中拟合计算出的主待测光束的光强均值作为当前时间跨度的主待测光束的光强均值，进而拟合计算出当前时间跨度的主待测光束的扫描信号Ct；各个时间跨度内的主待测光束的扫描信号Ct，即为所求的光谱基线。
作为本发明再进一步的方案：所述重建系统的具体使用过程如下：
同时开启参考光谱激光器和待测光谱激光器，然后按照设定频率交替开关光开关中的两条可选光路，进而使参考光谱激光器发出的参考激光和待测光谱激光器发出的待测激光依次交替通过光开关；通过光开关的参考激光和待测激光分别进入分束器，在分束器中对其进行分光处理；
通过分束器产生的次参考光束和次待测光束依次输入到光电探测器中，由光电探测器将检测到对应的光强，然后将光强输入到信号处理模块中存储；
同时通过分束器产生的主参考光束和主待测光束依次输入到处于设定压力、设定温度和设定烷烃气体环境下的光学池中，然后由光学池射出到光电探测器中，由光电探测器将检测到对应的光强，并将光强输入到信号处理模块中存储；同时信号处理模块结合存储带有时间戳的数据，计算出对应的扫描信号、归一化扫描信号和光强均值。
作为本发明再进一步的方案：分束器的分光比为1:99，即次参考光束与主参考光束的比值为1:99，次待测光束与主待测光束的比值也为1:99。
作为本发明再进一步的方案：所述光学池处安装有用于调整光学池内温度的温度控制器，以及调整光学池内压力的压力控制器；光学池内的温度范围为[-20℃,50℃]，压力范围为[10mbar,1200mbar]。
作为本发明再进一步的方案：在调整设定压力和设定温度时，温度的调整步长为1℃，压力的调整步长为10mbar。
作为本发明再进一步的方案：参考光谱激光器发出的激光的波段不在光学池中的烷烃气体宽谱吸收的波段内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的参考光谱激光器和待测光谱激光器通过光开关和分束器后到达探测器和光学池，通过光电探测器分别检测参考光谱激光器和待测光谱激光器自身的波动光强，通过光学池分别检测两激光器光束在光学池充满烷烃气体的背景下的传输变化，在不同温度和压力下测量光谱基线数据，建立两激光器背景光谱基线的相关多元线性回归模型，在光学池内不同温度和压力条件下可实时获取背景基线的重建，能够有效地提高光谱基线重建的准确性，进而解决烷烃气体测量过程中动态背景基线重建的难题。
2、本发明中采用分束器对激光进行分束，用直接进入到光电探测器中的1%的光束的光强值表征重建系统在运行过程中激光器自身出光功率抖动，接着用归一化后的99%部分的光强减去这1%的光强，差值表示只受光学池影响的两路光强变化。由于两激光器产生的激光在同一个光学池中传输，环境变化对光学池的影响反映在出射光强上，可以认为这种影响对于不同波长的光是类似的。整个分光的过程就是去噪的过程，能够提高计算的精准度。
附图说明
图1为本发明中方法的主要重建流程图。
图2为本发明中重建系统的结构示意图。
图3为本发明实施例中光强值分布图。
图4为本发明实施例中光强差值比较图。
图5为图4中光强差值的拟合图。
图6为本发明实施例中光谱基线预测误差分布图。
图7为本发明实施例中光谱基线预测图。
图中：1、参考光谱激光器；2、待测光谱激光器；3、光开关；4、分束器；5、光电探测器；6、光学池；7、信号处理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2，本实施例使用的重建系统包括参考光谱激光器1、待测光谱激光器2、光开关3、分束器4、探测器5、光学池6及信号处理模块7。其中参考光谱激光器1和待测光谱激光器2通过光开关3连接到分束器4。分束器4通过小比例输出端光纤连接到光电探测器5，用于测量参考光谱激光器1和待测光谱激光器2输出功率的动态波动。分束器4通过大比例输出端光纤连接到光学池6，由光学池6处的光电探测器5测量其光谱信号。分束器4的分光比为1:99。所述光学池6包含入射光纤接口、探测器、压力控制器、温度控制器和对应的传感器。光开关3、分束器4和光学池6适用波段范围涵盖参考光谱激光器1和待测光谱激光器2的波段范围。信号处理模块7用来记录探测器5的光谱信号和经过光学池6的光谱信号，记录后的信号基于多元线性回归建立相关模型。
参考光谱激光器1的波段选择必须满足：1、不在目标烷烃气体宽谱吸收的波段内。2、波段不宜离得太远，必须得在光电探测器5可以响应的范围内。3、参考光谱激光器1扫描的波长范围内可以存在气体吸收，前提是吸收峰足够窄，不影响参考激光器基线的获取。
在使用重建系统时，先将光开关3切换到参考光谱激光器1，通过分束器4将分光比为1%的光纤输出端连接到光电探测器5，检测参考光谱激光器1输出的次参考光束的扫描信号Sr，并通过信号处理模块7记录次参考光束的扫描信号Sr。同时通过分束器4将分光比为99%的光纤输出端连接到光学池6，主参考光束通过光学池6的多次反射后到达安装在光学池6处的光电探测器5，检测主参考光束通过光学池6的扫描信号St，即背景信号。通过信号处理模块7记录扫描信号St。
接着将光开关3切换到待测光谱激光器2，通过分束器4将分光比为1%的光纤输出端连接到光电探测器5，检测待测光谱激光器1输出次待测光束的扫描信号Cr，并通过信号处理模块7记录扫描信号Cr。同时通过分束器4将分光比为99%的光纤输出端连接到光学池6，主待测光束通过光学池6的多次反射后到达安装在光学池6处的光电探测器5，检测主待测光束通过光学池6的扫描信号Ct，并通过信号处理模块7记录扫描信号Ct。
按照上述过程，在光学池6充满氮气的条件下，测量记录多组不同温度和压力条件下的Sr、St、Cr和Ct。通过光学池6自带的温度控制器和压力控制器，分别以1℃和10mbar为变化步长，设置不同温度和压力，温度范围为[-20℃,50℃]，压力范围为[10mbar,1200mbar]，基本覆盖外界环境变化的范围。每组温度和压力条件下的Sr、St、Cr和Ct测量不少于20组，建立背景光谱信号数据库。
本实施例使用的参考光谱激光器1发出的激光的波长为1653nm，用于测量甲烷气体，待测光谱激光器2发出的激光的波长为1686nm，用于测量丙烷和丁烷气体。
本实施例中的检测时间为连续的8个小时，共480分钟。以一小时为时间跨度，以一分钟为一个时间段。光学池的温度范围设为[-20℃,40℃]，温度变化频率为每分钟1℃；压力范围设为[10mbar,600mbar]，压力变化频率为每分钟10mbar。
从数据库中选择490组数据作为测试组进行测试。如图3所示，横坐标表示选取数据量，纵坐标表示光强值。图3中显示了20℃至-10℃的降温段1、-10℃至3010℃的升温段和30℃至10℃的降温端2，温度连续变化的过程中测试了1686nm波长的主路和参考路的光强值，以及1653nm波长的主路和参考路的光强值；主路即为通过光学池6的光路，参考路即为直接通过光电探测器5的光路。
如图4所示为扣除参考路的光强抖动之后的主路的光强值。图5表示图4中光强值的拟合关系。从图4中可以看出1686nm波长的光强值和1653nm波长的光强值的变化趋势是相同的。图5中的横坐标为作为参考的1653nm波长的光强值，该光强值即为自变量。纵坐标为作为待测的1686nm波长的光强值，该光强值即为因变量。从图5中可以得出，自变量和因变量符合线性关系，拟合线表征了自变量和因变量之间的线性关系。
以测试组中的前125组数据作为训练集，训练得到第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型。并将测试组中的后365组数据作为验证集，对第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型进行验证。图6中显示的为整个验证集的光谱基线预测误差分布情况。图7为图6中光谱基线预测均方根误差最大的一组，即为计算得到的光谱基线与实测光谱基线在每个采样点处最大的绝对误差为10，从图7中可以看出，光谱基线的实测值和预测值之间误差较小，即表明得到第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型准确性较高，能够更为准确的预测光谱基线。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，所述重建系统包括发射参考激光的参考光谱激光器和发射待测激光的待测光谱激光器；所述参考光谱激光器和所述待测光谱激光器并行布置，且两者的出射端均与同一个拥有两条可选光路的光开关的入射口相连接；光开关的出射口连接有分束器，分束器的一个出射口与光电探测器连接，另一个出射口与光学池的入射口连接，且光学池的出射口连接有光电探测器，且两个光电探测器均与收集数据的信号处理模块彼此连接。
2.光谱基线的重建方法，该光谱基线的重建方法使用如权利要求1所述的一种烷烃气体背景光谱基线的重建系统，其特征在于，包括以下重建步骤：
A1、使参考光谱激光器产生的参考激光和待测光谱激光器产生的待测激光分别通过分束器；在分束器中，按照相同的分光比分别将参考激光分为次参考光束和主参考光束，以及将待测激光分为次待测光束和主待测光束；接着使次参考光束和次待测光束射入光电探测器中，通过光电探测器检测出对应光束的扫描信号；同时使主参考光束和主待测光束分别射入处于设定压力、设定温度和设定烷烃气体环境下的光学池中，然后通过光电探测器检测射出光学池的光束的扫描信号；
A2、按照设定的步长持续调整光学池中的设定压力和设定温度，通过光电探测器检测对应的次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr、主参考光束的扫描信号St和主待测光束的扫描信号Ct，并存储在背景光谱信号库中；
A3、基于背景光谱信号库中存储的数据，建立求解主待测光束的扫描信号Ct的多元线性回归模型；
A4、通过多元线性回归模型求解出的主待测光束的扫描信号Ct即为待测激光的光谱基线。
3.根据权利要求2所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，多元线性回归模型包括第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型，求解过程如下：
A31、将检测时间等分为多个时间跨度，接着将各个时间跨度均等分为多个时间段；
A32、获取当前时间段内对应光束的扫描信号，以当前时间段内当前光束的扫描信号的峰峰值作为当前时间段内当前光束的光强；用当前时间段内次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr、主参考光束的扫描信号St和主待测光束的扫描信号Ct分别与对应的光强相比，以获得当前时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt、次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr和主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt；其中，PSr表示当前时间段内次参考光束的光强，PSt表示当前时间段内主参考光束的光强，PCr表示当前时间段内次待测光束的光强，PCt表示当前时间段内主待测光束的光强；
A33、按照步骤A32中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间段内对应的次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt、次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr和主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt，并存储在背景光谱信号库中；
A34、以主待测光束的归一化扫描信号Ct/PCt为因变量，次参考光束的归一化扫描信号Sr/PSr、主参考光束的归一化扫描信号St/PSt和次待测光束的归一化扫描信号Cr/PCr为自变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第一多元线性回归模型；
A35、求解当前时间跨度内各个光束光强的光强均值，并用当前时间跨度内当前光束的各个光强与对应的光强均值相比，以获得当前时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)、主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)、次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr)和主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)；其中，mean(PSr)表示当前时间跨度内次参考光束的光强均值，mean(PSt)表示当前时间段内主参考光束的光强均值，mean(PCr)表示当前时间段内次待测光束的光强均值，mean(PCt)表示当前时间段内主待测光束的光强均值；
A35、按照步骤A34中的内容，基于时间顺序依次获取各个时间跨度内对应的次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)、主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)、次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr)和主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)，并存储在背景光谱信号库中；
A36、以主参考光束的光强归一值PSt/mean(PSt)和次参考光束的光强归一值PSr/mean(PSr)之间的差值作为自变量，主待测光束的光强归一值PCt/mean(PCt)和次待测光束的光强归一值PCr/mean(PCr)之间的差值作为因变量，结合背景光谱信号库中的数据，训练得到第二多元线性回归模型。
4.根据权利要求3所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，在构建第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型的过程中，分为训练阶段和验证阶段；
以时间跨度为分配单位，按照时间顺序，将检测时间内的前N个时间跨度的数据依次存放在训练集中，检测时间内的其余数据依次存放在验证集中；
训练阶段：接着将训练集中各个时间跨度内的数据分别同时输入到第一多元线性回归模型中和第二多元线性回归模型中，在单次训练中使用同一个时间跨度内的数据对第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型同时进行训练；
验证阶段：将验证集中各个时间跨度内的数据分别同时输入到已经完成训练的第一多元线性回归模型中和第二多元线性回归模型中，在单次验证中使用同一个时间跨度内的数据对第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型同时进行验证；
在进行第一次验证时，首先获取训练阶段最后一个时间跨度内的主待测光束的光强均值mean(PCt)，并将该主待测光束的光强均值mean(PCt)作为当前时间跨度内的主待测光束的光强均值；接着从背景光谱信号库中获取当前时间跨度内除主待测光束之外的各个光束对应的扫描信号、归一化扫描信号和光强均值，然后将获取的数据输入到第二多元线性回归模型中，计算出当前时间跨度内的主待测光束的光强PCt；再将该主待测光束的光强PCt输入到第一多元线性回归模型中，计算出当前时间跨度内的主待测光束的扫描信号Ct，并将该主待测光束的扫描信号Ct与当前时间跨度内通过光电探测器检测到的主待测光束的扫描信号Ct进行比较；
同理，按照第一次的验证过程，继续进行后续的验证过程，在后续的验证过程中，后一时间跨度中输入到第二多元线性回归模型中的主待测光束的光强均值mean(PCt)为上一时间跨度过程中通过第一多元线性回归模型计算出的主待测光束的光强均值mean(PCt)。
5.根据权利要求4 所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，步骤A4的具体步骤如下：
A41、在第一多元线性回归模型和第二多元线性回归模型建立完成后，获取通过光电探测器实时测量得到的次参考光束的扫描信号Sr、次待测光束的扫描信号Cr和主参考光束的扫描信号St；
A42、按照时间顺序，将当前的检测时间按照步骤A31的方式划分成多个时间跨度和多个时间段，计算各个光束对应的各个光强均值和对应的各个光强；
A43、将各个光强均值输入到第二多元线性回归模型中，并同时选取训练第二多元线性回归模型时的任一主待测光束的光强均值作为当前第二多元线性回归模型中第一段时间跨度的主待测光束的光强均值；
S44、计算出第一段时间跨度的主待测光束的光强PCt；将该主待测光束的光强PCt输入到第一多元线性回归模型中，进而拟合计算出对应的主待测光束的扫描信号Ct；
A45、在计算第二时间跨度中主待测光束的扫描信号Ct时，通过第一时间跨度中计算出的主待测光束的扫描信号Ct计算对应的主待测光束的光强均值，并将该主待测光束的光强均值作为第二时间跨度的主待测光束的光强均值，然后按照步骤A44的方式拟合计算出第二时间跨度的主待测光束的扫描信号Ct；以此类推，以前一时间跨度中拟合计算出的主待测光束的光强均值作为当前时间跨度的主待测光束的光强均值，进而拟合计算出当前时间跨度的主待测光束的扫描信号Ct；各个时间跨度内的主待测光束的扫描信号Ct，即为所求的光谱基线。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，所述重建系统的具体使用过程如下：
同时开启参考光谱激光器和待测光谱激光器，然后按照设定频率交替开关光开关中的两条可选光路，进而使参考光谱激光器发出的参考激光和待测光谱激光器发出的待测激光依次交替通过光开关；通过光开关的参考激光和待测激光分别进入分束器，在分束器中对其进行分光处理；
通过分束器产生的次参考光束和次待测光束依次输入到光电探测器中，由光电探测器将检测到对应的光强，然后将光强输入到信号处理模块中存储；
同时通过分束器产生的主参考光束和主待测光束依次输入到处于设定压力、设定温度和设定烷烃气体环境下的光学池中，然后由光学池射出到光电探测器中，由光电探测器将检测到对应的光强，并将光强输入到信号处理模块中存储；同时信号处理模块结合存储带有时间戳的数据，计算出对应的扫描信号、归一化扫描信号和光强均值。
7.根据权利要求6所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，分束器的分光比为1:99，即次参考光束与主参考光束的比值为1:99，次待测光束与主待测光束的比值也为1:99。
8.根据权利要求7所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，所述光学池处安装有用于调整光学池内温度的温度控制器，以及调整光学池内压力的压力控制器；光学池内的温度范围为[-20℃,50℃]，压力范围为[10mbar,1200mbar]。
9.根据权利要求8所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，在调整设定压力和设定温度时，温度的调整步长为1℃，压力的调整步长为10mbar。
10.根据权利要求9所述的光谱基线的重建方法，其特征在于，参考光谱激光器发出的激光的波段不在光学池中的烷烃气体宽谱吸收的波段内。
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