光谱测量技术用于对光信号进行频谱分析,能够测量物质发射、吸收或散射辐射的波长、强度和频谱等信息。光谱测量仪器作为一种基础测量仪器,已经被广泛应用于工业生产、医疗健康和军事安全等领域,在无损检测、材料分析、环境监测、地质勘测、目标识别等方面发挥重要作用。随着光谱测量技术在纳米科技、生命科学和新材料等高新技术领域的拓展应用,对光谱测量技术及仪器性能的需求不断提高,传统光谱测量技术的测量速度、仪器体积和成本、光谱分辨率等受到严峻挑战。然而,光栅光谱仪中必须引入狭缝、高光通量和高光谱分辨率之间的矛盾仍然没有解决;傅里叶变换光谱仪需要机械扫描,光谱测量时间始终没有突破毫秒量级。因此,探索同时具备快速、高光谱分辨、小型化和便于自动控制等测量优势的光谱测量技术具有十分重要的意义。压缩感知光谱测量技术为小型化、高速的光谱测量技术提供了新思路,自提出以来受到国内外学者广泛研究。本文在深入分析光栅色散型、干涉型等典型光谱测量技术优缺点,以及压缩感知光谱测量技术发展趋势的基础之上,从压缩感知基本理论出发,设计并研制高性能电光调制器,实现光谱透过率编码;研究分析压缩光谱重构方法,并研制基于电光调控透过率编码的压缩感知光谱测量系统;探索新型压缩感知光谱测量理论与方法,以期能够获得高速、高精度、高光谱分辨率和小型化的压缩感知光谱测量技术。本论文完成的主要研究工作及取得的成果如下:1、建立了电光调控透过率编码的压缩感知光谱测量理论模型。从压缩感知基本理论出发,对压缩感知理论框架中信号稀疏、测量矩阵设计和信号重构算法三个基本问题作了详细探讨;对比分析现有压缩感知光谱测量的基本原理与方法,针对现有压缩感知光谱测量的不足,提出一种基于电光透过率调控编码的压缩感知光谱测量方案,对该方案的基本原理进行了详细论述,并建立了电光调控透过率编码的压缩感知光谱测量理论模型,理论研究表明采用电光调制技术能够在光谱维直接实现压缩感知编码,为本文后续理论、仿真以及实验研究提供理论支撑。2、设计了电光调制器方案,并完成其宽光谱应用色散特性研究。从电光效应基本原理出发,对铌酸锂晶体的横向电光效应进行了分析,推导得出电光晶体不同切型下,折射率差值与外电场之间的数理关系模型;在此基础上,选择x切铌酸锂作为电光调制器晶体材料,并对铌酸锂电光透过率调制器设计方案进行可行性分析。为了实现电光透过率的精确调控,对铌酸锂电光晶体材料的电光系数进行了精确定标,并对其多波长入射光的电光系数进行了测量研究,分析了电光系数的光谱色散特性,实现了宽光谱电光系数的精确标定,为光谱透过率调控编码应用提供了依据。3、研究了光谱透过率编码测量矩阵设计及光谱重构算法。从光谱信号稀疏方法选取出发,利用最大非相关测量的伪随机测量特性,提出了适用于光谱透过率编码测量矩阵设计的顺序向前浮动选择方法;在完成信号稀疏和测量矩阵设计的基础上,仿真对比分析了正交匹配追踪算法和稀疏度自适应匹配追踪优化算法的光谱重构性能。利用压缩比,重构光谱信号相对误差和重构时间等性能指标量化分析,确立了透过率编码矩阵以及光谱重构算法,为本文压缩光谱测量理论及方案可行性进行了数值仿真验证,并为压缩光谱测量系统设计提供了指导。4、搭建了压缩感知光谱测量系统,并进行了光谱测量实验研究。从光学系统设计和硬件电路设计两方面出发,完成光谱系统的光学系统设计及元器件选型,搭建了光谱测量的光学系统;对电光调制器电气性能进行了分析,设计了交流高压的电光调制器驱动控制系统;根据驱动电压实时定标和压缩光谱数据测量需求,设计了基于FPGA控制的双路数据采集系统,并搭建压缩光谱测量系统,实现了驱动电压信号与光谱测量信号的同步采集;最后,采用本文光谱测量系统,对LED光谱、激光和荧光光源进行光谱测量实验,实验结果显示本文光谱测量系统实现了高光谱分辨率、高速、高精度的压缩感知光谱测量。本论文的研究将有助于压缩感知光谱测量技术的发展,能够丰富光谱测量理论与方法。