森林是生物圈最重要的生存环境之一,是一个巨大的资源宝库;具有防治风沙、净化空气、防止水土流失、保持大气平衡的功能;但目前森林火灾已成为森林最严重的危害,如何实现森林火灾早期发现、准确定位、及时报警,减少森林火灾损失,一直是森林防火技术人员研究的热点和难点,本文针对森林火灾早期发展过程中产生的烟和热以及辐射能量较小,传统森林火灾监测方法精准探测能力不足等问题,提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱法的林火早期探测技术研究;通过构建森林火灾早期气体排放模型,采用TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱法)痕迹气体测试方法,实时探测CO气体浓度变化趋势,实现森林火灾早期探测,并通过模拟燃烧试验对所提方法进行了验证。具体研究工作概况如下:1)森林可燃物燃烧通常由吸热、热分解、混合和燃烧过程四个阶段组成,本文通过牡丹江双峰林场林火模拟燃烧试验,对森林火灾燃烧机理以及火灾早期热解过程气体排放进行研究,通过构建森林火灾早期气体排放与气体分布流动特征模型以及试验数据分析,提出一种基于TDLAS痕迹CO气体监测进行森林火灾早期探测的新思路和新方法。2)对TDLAS痕迹气体探测原理、CO气体吸收谱线选择、锁相放大及二次谐波信号提取技术进行分析研究,提出采用基于负反馈和PID算法完成了 DFB激光器与电流和温度的闭环控制提高了波长控制精度;利用自聚焦透镜与先进的分子筛技术设计了微型光学气室提高了气体浓度测量的稳定性;提出了基于FPGA的数字正交锁相放大器设计大幅提高了光学微弱信号提取的信噪比;为后续气体浓度反演提供了可靠的数据来源。3)针对基于TDLAS技术的森林火灾早期CO气体浓度探测系统调制、调制频率、扫描信号幅度、谐波信号幅度等控制参数以及谐波优选进行深入研究,分析了锁相放大器的相位差、时间常数、灵敏度对检测结果的影响,给出了基于最佳信噪比的多因素参数优选策略,进一步提高了探测信号的信噪比。4)针对森林火灾早期痕迹CO气体浓度测量过程中,可调谐激光二极管吸收光谱的灵敏度与探测精度受到光干涉噪声与环境温度的影响等问题,进行影响机理分析和研究;构建了 TDLAS校正模型与校正因子分析,提出了基于L-M算法的干涉噪声抑制与基于零点的特征点补偿的温度补偿方法,提高了系统的探测精度。本文所提森林火灾早期探测方法通过牡丹江双峰林场林火模拟燃烧试验进行验证,结果表明该方法可以实现森林火灾早期探测与早期预警,对森林火灾早期探测研究具有一定的参考价值和推广意义,进一步促进我国森林防火技术的发展。