基于外差相干检测的随机相位调制连续波激光测距具有灵敏度高、对背景噪声容忍度高等优点，但传统的解调方法都是基于序列移位相乘和傅里叶变换，需要消耗大量计算资源和计算时间。提出并验证了一种针对随机相位调制连续波激光测距的快速解调方法，通过对回波外差信号进行傅里叶变换得到多普勒频移，解调出目标速度信息，然后通过数字下变频获得回波信号的正交分量，最后利用傅里叶变换在频域实现伪随机调制序列与回波信号的循环卷积，得到目标的位置信息。在原理验证实验中，使用长度为2 047的11阶伪随机二进制序列，调制速率为40 MHz，利用快速解调方法从回波信号中成功恢复了目标位置和速度，并在光纤中实现了2.7 m的距离分辨率。

在空间引力波探测太极计划中，激光干涉测距系统是获取引力波信号的直接手段，为了消除激光频率不稳定性对其的影响，需利用时间延迟干涉技术降低噪声的干扰。时间延迟干涉是一种数据后处理方法，要实现该技术的数据构型，需对卫星臂长实现精确的绝对距离测量。本文从太极计划的需求分析出发，分别从信源编码设计、延迟环设计以及数据处理算法等方面介绍测距系统的设计方案。在信源编码中，文章通过分析m序列、gold序列、Weil码三种伪随机码的自、互相关性优劣以及长度选取上的灵活性，最终选择了Weil码并筛选出其自相关性最优的移位-截取组合，将其作为测距系统所用的伪随机码。同时，基于该测距系统，搭建了一套地面电子学验证实验装置，以模拟信号传输的物理过程并验证系统性能。实验主体装置采用一块基于Xilinx公司K7芯片的自研FPGA板卡用以模拟卫星通信测距过程以及实现锁相环、延迟环等功能。实验将24.4 kbps的16位信息码与1.5625 Mbps的1024位Weil码进行BPSK调制，采样频率为50 MHz，通过10~60 m的射频同轴电缆进行传输后，使用质心法对采集数据进行优化，随后测定该距离。实验结果表明：在60 m范围内，测距精度优于1.6 m。实验证明了测距系统原理及设计的可行性，为下一步的光学系统验证奠定了技术基础。

伪随机码调制激光测距系统通过发射高阶调制激光，实现高频率、低峰值功率探测，利用高频率探测和统计实现高信噪比，具有系统体积小、质量轻的特点，是一种适合远距离的激光雷达系统。但是测距精度与调制频率有关，以往研究中通常使用高调制频率实现高精度测量。文中研制了一台伪随机码调制的激光雷达样机，采用调制重复频率100 MHz、入瞳直径0.1 m的光学天线，通过对周期内回波信号进行高斯统计，在信噪比为5时的实验室环境下实现了0.1 m的高精度测距。通过理论和试验分析证明了通过提高时钟频率和信噪比可以有效提高测距精度。

时间延迟干涉技术（Time-delay Interferometry，TDI）对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。在天基引力波探测任务中，需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中，激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA（Laser Interferometer Space Antenna）引力波探测项目中，利用TDI对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合，构造出臂长相等的干涉仪，从而消除了激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声，将时钟信号倍频到GHz，再通过相位调制的方式加载到星间激光链路上，最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声，并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI的时间延迟处理，要求对星间绝对距离进行精确测量。因此，在TDI机制中，星间激光链路需要同时实现位移测量、时钟边带调制和绝对距离测量3个功能。其中，后两个功能分别大约消耗10%和1%的载波激光功率。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明，TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了10⁹和5.8×10⁴倍。