光谱仪器是开展光谱学研究和分析物质组成成分的重要装置。伴随着现代光谱学和电子学技术的发展,光谱仪器已广泛用于军事侦察、宇宙探索、资源探测、环境保护等领域。在航空遥感、地质勘探等使用空间受限以及需要现场实时检测应用场合,传统体积庞大、结构复杂的光谱仪器将很难甚至不能使用。因此,小体积、嵌入式一体化光谱测量仪器的开发成为业界的研究热点。本文在研究光栅分光、线阵CCD光谱测量、光谱信号滤波及光谱波长标定技术的理论基础上,采用平面光栅,结合凹面反射镜设计对称式Czerny-Turner光学结构,形成系统的小体积光机结构。以现场可编程门阵列(FPGA)技术为基础,采用硬件描述语言Verilog,在Quartus-II平台上实现了线阵CCD TCD1304AP的驱动时序、光谱信息采集过程控制、光谱数据信息存储与USB传输读写控制时序的功能仿真,并移植到EP4CE15F17C8 FPGA中。光谱数据采集单元选用内部带有采样保持器的12位高分辨率A/D,满足了CCD测量信号的量化需求,并简化了外围电路设计。文中设计了异步FIFO数据存储单元协调数据采集速度和USB总线的数据传输速度,解决两个不同时钟域的数据流传输问题。在光谱信号的预处理方面采用FPGA并行计算实现滤波算法,提高了系统的实时性。信息处理中心采用ARM架构的嵌入式处理器S3C2440,克服了PC机平台体积庞大、难以携带的缺陷,实现了光谱仪器的一体化设计;文中建立了交叉编译开发环境,剪裁并移植了Linux操作系统,并采用Qt软件设计了光谱测量仪器的人机交互界面,开发了波长标定应用软件模块、光谱曲线平滑软件模块等,解决了嵌入式光谱测量仪器实现的关键技术。为方便测试,文中还设计了大功率可调恒流源,驱动75W钨灯光源作为被试品。经验证,本文设计的光栅光谱测量系统,实现了仪器的小体积和嵌入式一体化,能够对波长为400-1100nm的光源进行发射光谱的测试,能够在显示屏上直观显示被试品的光谱曲线,直接输出光谱带宽和峰值波长等数字化信息。