光谱仪是一种测量并研究光辐射的强度、波长及其相关变化规律的仪器。因其具有较高分析精度等优点,而被广泛应用于医疗、冶金、环境保护、天文等领域。由于传统光谱仪器价格昂贵、体型庞大、不方便携带,限制了其进一步普及,因此微型化成为其发展的必然趋势。但是,由于光谱范围与分辨率之间存在限制关系,宽波段光谱仪微型化后存在光谱分辨率不高且不均匀、紫外波段灵敏度不理想的问题,而光谱数据处理可以一定程度上弥补这一问题,并提高光谱仪输出光谱的准确性。为此,本文首先设计了一种宽波段微型光谱仪,其次对光谱数据处理算法展开了研究。主要进行了以下工作:(1)对宽波段微型光谱仪系统进行了整体设计,包括光学系统、硬件系统和软件系统。选取CCD作为光电探测器、闪耀光栅作为分光元件,设计了对称式Czemy-Turner结构的光学系统。重点研究光学元件参数的设计,包括光栅、准直镜、成像镜等,其选取主要考虑体积限制、像差大小、测量波段和分辨率等因素。(2)为消除光谱仪测量过程中存在的光学和电路噪声,研究了光谱信号去噪算法。首先,应用小波阈值去噪算法进行实验。以信噪比、均方根误差和波形相似系数等为评价指标,发现db小波基、软阈值函数和默认阈值去噪规则适用于光谱分析。其次,针对阈值去噪过程中去噪不彻底或者信号失真的问题,进一步引入奇异值分解算法,将其与小波算法进行融合。最后,进行了改进算法的实验验证。使用小波阈值对高频信号的低层小波系数进行消噪处理,对高频信号的全部小波系数进行奇异值分解,并采用差分法选择奇异值阶次,实现光谱信号的去噪处理。结果显示,去噪效果较彻底且能保留光谱有效特征。证明小波阈值-奇异值差分法对宽波段微型光谱仪的去噪具有一定的可行性。(3)从波长定标和光谱曲线拟合两方面研究了定标算法。首先,作为波长定标的基础,光谱寻峰算法采用导数法。其次,基于最小二乘理论,进行了汞灯波长定标算法的研究,并比较了一阶、二阶、三阶多项式拟合的实验效果。实验结果显示,三阶多项式的各拟合波长的误差绝对值均小于0.16nm;剩余平方和、标准误差的值分别为0.049638和0.111398,可满足精度要求;相关指数几乎接近于1,拟合程度比较好,且明显优于一阶和二阶多项式拟合。而且,在整个谱线波段(200-1100nm)内,汞灯定标后光谱的像元分辨率较均匀,均在0.5nm以内,说明该宽波段微型光谱仪具有较好的分光特性。最后,研究了基于三次B样条原理的光谱曲线拟合算法,进行了氘灯光谱曲线拟合实验。实验结果显示,拟合相关指数可达0.9997,拟合曲线具有良好光滑性和局部拟合效果,该算法适合光谱离散信号的光谱曲线拟合。