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烟气排放造成了严重的空气污染，而对烟气中有毒有害气体进行监测是环保工作的一个重要方面。传统烟气监测仪器虽在软硬件上有过不少改进但其原理结构没有实质性突破。DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy)，即差分光谱吸收法通过分析污染气体相对空气的吸收光束来反演污染物的浓度，具有高稳定性，低运行成本并可同时进行多种污染物成分连续监测的优势。本文意欲采用高集成度的数字电路设计方法为DOAS技术应用于烟气中气体监测的实现做出初步设计研究。
在DOAS技术的实现过程中，我们主要研究的内容为：第一，如何获得稳定可靠的光谱信息。经过对大量资料的搜集与分析，最终选定了系统中的各个器件组成，做好器件选型和系统搭建工作，为下一步的数据处理提供尽可能精准的信息。第二，如何获得精准数据并完成数据匹配将实际数据与理论数据相对应得出待测物质的参数及种类。即DOAS技术应用的真实含义，是代表一种反演算法的实现。借助SOPC(system on Programmable chip)片上可编程系统的理念，将本文的电子系统设计为一个集成度高，移植灵活的硬件平台，以便于实现算法的比对与升级。
本文集光学，物理，电子，数学，环境等多学科知识于一体，在依据基础学科的理论支持上充分运用其技术原理，以大量芯片资料及参考文献为基础从选型分析出发到以实验的仿真验证为依据采用现代电子设计手段来实现系统的电路硬件平台。在具体的电子设计方法上，采用了自上而下的系统设计方法，以FPGA(Field Programmable Gate Array)器件为设计平台，采用verilogHDL，语言配合FPGA相关开发工具以及MATLAB等第三方设计软件，逐步仿真并实现了电子系统的各个组成部分及相关功能。本文首先介绍了选题的来源背景及意义，然后阐明了DOAS技术及相关光谱原理，以此作为系统方案设计的背景铺垫，详细介绍了器件选型的理论及实践依据，描绘了DOAS在烟气监测应用的整体实现框架。紧接着在介绍了DSP-builder算法设计方法，最小二乘法实现原理和SOPC原理及应用的基础上，着重详尽的叙述了论文的核心章节SOPC系统的构架与实现。并以前端控制模块(包含NMOS图象传感器控制和AD转换器控制部分)以及SOPC总体工程的设计与仿真为例，验证了该设计的可行性和功能的实用性。
整个DOAS系统由光源，气室，分光光度计，图象传感器，AD转换采集及数字信号处理六大部分组成。本文主要从电子设计的角度出发对图象传感器，AD转换采集及数字信号处理这三部分的控制与处理进行介绍。虽然电子电路的设计，仿真，实验取得了一定成功，完成了一个数字信号采集与处理的硬件平台搭建，但完整的系统还有待进一步将各个部件一一优化实现并级联起来协调工作，这样才能实现该技术的实践应用，完成仪器的整体设计。