为解决目前白光LED光谱非连续性问题,设计出一种基于单色LED的太阳光谱合成方法。该方法通过构建单色LED光谱模型,采用最小二乘算法以最大相关指数R2为优化目标,实现对太阳光谱的拟合。在理想峰值波长等间隔LED拟合的基础上,对非等间隔的单色LED进行最佳拟合求解,得到27种单色LED的最优组合,其相关指数R2达到0.9576;通过递减实验,优化分析两组17种单色LED组合光谱的拟合结果,其混合光谱仍满足AM1.5的A级标准要求,实现了多种LED对太阳光谱的最佳拟合,同时降低了工程应用的难度。

利用单色LED实现对AM1.5标准太阳光谱可见光(380~780 nm)波段和标准光源CIE-D65的匹配, 提出了通过有效集算法作为目标光谱的匹配算法, 将Epitex公司的大功率单色LED的峰值波长和半高全宽数据作为有效集, 并建立了一个数据库。将相关指数R2最大作为优化目标, 通过MATLAB编程求解超定方程组的最小二乘解求出拟合所需要的单色LED的种类和数量。拟合AM1.5可见光的最佳组合中使用24种单色LED, 相关指数R2高达0.850 2, 拟合标准光源CIE-D65的最佳组合中使用25种单色LED, 相关指数R2高达0.940 5。进行了增加LED和减少LED的优化实验。得出的结果对工程实践中单色LED拟合太阳光谱的研究提供了理论基础。

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术, 模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状, 采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型, 建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解, 优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合, 实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术, 并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明, 白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%, 优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时, 白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

为利用单色LED实现CIED65标准光源、AM1.5标准太阳光目标光谱的匹配，提出简单遗传算法作为光谱匹配算法，通过求解超定方程组的非负最小二乘解，优化不同峰值波长、峰值波长间隔、半高宽的单色LED匹配光源组合，达到光源光谱匹配的目的.仿真实验表明：该算法拟合的相关指数达0.99以上，模拟光谱与目标光谱基本吻合；匹配光源的峰值波长间隔越小，光谱拟合性越好，但结合工程应用需要，峰值波长要选取适中；所提遗传算法运行速度快、效率高、拟合误差小，可广泛应用于植物照明、医疗照明等特殊照明领域的光谱匹配仿真试验和工程实践.