无合作目标的实时、高精度现场测量已经成为工业大尺寸测量的重要发展趋势,调频连续波相对于其他传统测距方法具有精度高、测距范围大、且能进行无合作目标测量等特点,逐渐成为激光测量的研究热点。对于调频连续波无合作目标测距来说,回波接收系统是其光学系统中重要的组成部分,其接收特性也影响着系统的测距精度。而且为了实现测量系统的远程在线控制,完善的相机控制系统也是仪器研制中的关键环节。本文针对这两部分进行了研究,提出了基于卡塞格林望远镜的回波信号接收系统和基于单目视觉的相机定位系统。本文首先对激光测量仪器的回波信号接收系统进行研究,为对其进行设计与分析,利用光学设计软件对以卡塞格林望远镜与多模光纤为主体的接收系统进行了建模,通过像差与光接收效率的分析与优化确定系统选用的卡塞格林望远镜的参数。建立待测物后向散射的高斯散射模型,并搭建完整的接收光路进行实验,定量分析了不同情况下系统的接收功率,并研究了接收效率、聚焦位置等与待测物的距离和表面散射之间的规律。研究结果表明,对于相同的加工方式的样块,系统接收功率与粗糙度、待测物距离成负相关规律,系统聚焦距离与粗糙度、待测物距离呈正相关规律。针对无合作目标测距的相机定位系统,结合现在单目测量方法研究现状,本文提出了一种续调频波无合作目标测距与单目相机结合的方案对激光点与待测点位置进行定位。首先确定了相机定位系统的结构,利用成熟的相机标定方法得到相机的内部参数,通过测距信息与转台的位姿信息,利用几何投影原理对转台的转动角度进行解算。然后利用C++与OpenCV函数库设计软件完成相机的图像采集、数据处理、对转台的控制等,同时利用MFC类库进行人机交互界面的实现。最后提出基于激光光斑识别的设备装调方法,并搭建相机定位系统实验装置,利用棋盘格标定板进行不同距离的定位实验,验证了定位系统所采用算法的正确性,并对定位系统进行了误差分析。