双光梳绝对距离测量一直在向高精度、低复杂度的方向发展,从双光梳产生源到双光梳测量方法都不断有新技术出现,光源有依靠外界锁相环路完全锁定的两台锁模激光器、自由运转的两台锁模激光器和单台双光梳的激光器;测距方法有双光梳色散光谱测距和双光梳飞行时间测距等。单台双光梳激光器与双光梳飞行时间测距结合的测距系统结构简单并且能够达到较高的测距精度。为了使双光梳精密测距的应用更广泛,本文用双光梳飞行时间法测量了非合作目标的绝对距离,并通过干涉图的优化提高了干涉信噪比,进而提高了测距精度。论文的主要内容如下:1.阐述了双光梳激光测距、单台双光梳激光器的发展历程和各种结构的优缺点,对光频梳基本原理、双光梳飞行时间测距方法、双光梳干涉图样包络的提取以及双光梳干涉测距原理进行了重点介绍。2.搭建了双光梳干涉测距装置并首次将其利用在非合作目标上。测距装置包括双波长锁模激光器、光学滤波装置、光放大和收发装置、光干涉装置。文中探测了双波长激光器与系统相关的各项参数,展示了其重频差的稳定性;滤波装置限制光谱宽度,避免混叠效应;光放大器提高了输出光的功率,接收端采用大口径望远镜提高接收信号信噪比;实验验证了空间光路干涉和光纤耦合干涉两种方式的优劣势;编写数据采集和处理程序。3.分析了双光梳中心波长与测距精度的关系。模拟了双光梳不同中心波长下测距精度的变化,并在实验中通过接入不同中心波长的滤波器证明了二者的相关性。证明了中心波长改变了双光梳干涉图的载波疏密,过于稀疏或密集的条纹测距精度低。4.利用四块不同厚度的精密量块搭建三层台阶,将台阶作为验证测距系统准确度的参考。台阶下部安装在位移平台上,以便目标光可以扫描过三个台阶的抛光表面,测量不同高度的台阶。对每一个台阶测量100组测距数据,经过平均后与真值的残差都在10μm以内。利用表面粗糙度RMS=1.6μm的阳极氧化铝板验证测距系统的对非合作目标的测量效果,通过在数据处理中加入卡尔曼滤波将测距标准差降为7.47μm,提高了系统的实时性。