中国空间科学技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (5): 14-21.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0072
高宝全1,全冬晖1,*,胡建萍2,3,潘怡君1
GAO Baoquan1,QUAN Donghui1,*,HU Jianping2,3,PAN Yijun1
摘要: 精确模拟中红外振动-转动跃迁光谱对于探测外星大气中的生物特征分子和前生物分子至关重要。传统逐线辐射传输方法在广泛参数空间内生成高分辨率光谱时面临巨大的计算成本,这严重限制了实时大气反演和大规模系外行星调查的可行性。提出一种融合物理机理与深度学习的中红外分子光谱智能生成框架,通过构建谱线特征网络物理残差约束架构,实现快速准确的光谱预测,且保证物理现象一致性。创新性地提出了三阶段建模体系:基于参数编码层构建温度-压力与光谱参数的全局关联模型;采用多头自注意力机制解析振转特征的长程相关性;设计物理约束解码器,通过引入线型方程的残差约束模块抑制数据驱动模型的非物理偏差。实验验证表明,该框架利用HITRAN数据库中生物特征分子数据成功重建了分子吸收截面,分辨率可达0.01cm-1,与传统HAPI模拟相比计算速度提升100倍,同时保持光谱保真度。准确保留了线强度和转动温度依赖关系,在多种大气条件下均表现稳定。首次将物理约束融入深度学习光谱生成中,建立了可解释的温度-压力-光谱关联;并支持光化学网络耦合下的生命特征概率评估。为下一代智能光谱数据库建设提供一种高效计算工具,对提升系外行星大气环境分子的表征能力、发展基于光化学网络的生物标志物检测体系具有重要应用价值。