利用高亮度电子束作为驱动的大型科研装置如短波长自由电子激光,汤姆逊散射X光源,国际直线对撞机等的成功建造和运行需要强有力的束流测量手段作为保障,以确保在从电子源到作用点的长距离传输中能够维持电子束品质。这类装置对束流性能的要求以低发射度,短束长和小束斑为特征,而现有技术在精确测量其参数方面仍然面临巨大挑战。本论文正是在这样的背景下确定的,论文围绕高亮度电子束测量开展了广泛深入的理论和实验研究。针对低发射度的测量问题,我们在清华大学光阴极微波电子枪实验平台上开展了一系列先进束流测量方法研究。我们利用螺线管扫描法测量了电子束热发射度;设计并加工了多缝系统用于测量空间电荷占优的电子束发射度;在国际上首次利用螺线管对光阴极枪出口的相空间分布进行了计算机断层重建,同时也在国际上首次实验观测到热发射度相空间的无规则随机分布。针对短束长的测量问题,我们设计并搭建了Martin-Puplett干涉仪,并且利用该干涉仪成功实现了对磁压缩器出口超短电子束纵向分布的无阻拦测量。我们首先利用随机行走模型研究了单个电子辐射谱和整个束团辐射谱的关系,为频域下测量电子束纵向分布提供了理论依据;随后利用虚光子衍射模型对实际情况下的衍射辐射场进行了研究,该工作得到了国际同行的高度认可,被国际同行做为基准用于标定新发展的计算模型;最后我们利用搭建的Martin-Puplett干涉仪实现了对超短电子束纵向分布的无阻拦测量,为基于下一代加速器的大科学工程的建设提供了技术储备。针对小束斑的测量问题,我们研究了光学渡越辐射对电子束成像的分辨率问题,提出了利用反卷积获得微米级电子束束斑的方法;国际上首次提出衍射辐射靶扫描法测量极小电子束尺寸的新方法,该方法得到了国际同行的认可;国际上首次研究了光学衍射辐射对电子束成像的点扩散函数和分辨率问题,我们的理论和国际上同期发表的实验结果较好的吻合,有助于进一步将光学衍射辐射用于高能量高密度电子束的无阻拦测量。