测距精度是相位式激光测距系统的重要指标之一。为了提高测距精度，采用欠采样方法和全相位FFT(all-phase FFT, apFFT)算法设计了鉴相电路，使用卡尔曼(Kalman)滤波提高了测量数据的稳定性。根据欠采样谱分析鉴相原理，仿真分析了在不同采样频率和不同信号频率下的鉴相精度，对比了基于欠采样的FFT鉴相法和apFFT鉴相法在高斯白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果表明，欠采样不会影响鉴相精度，并且欠采样apFFT鉴相法的鉴相精度优于欠采样FFT鉴相法。进行了鉴相性能的实验验证，实验数据表明，当采样频率为100 MHz、信号调制频率为201 MHz时，apFFT鉴相精度为0.134°，卡尔曼滤波后鉴相精度优于0.023°，测距精度可达0.20 mm。因此，基于Kalman滤波的欠采样apFFT鉴相法具有精度高、抗干扰能力强等优点，在相位式激光测距系统中具有重要的应用价值。

为解决工业现场测量对高速实时精密测距的需求，设计并搭建了一套高速高精度的激光测距系统。系统采用双测尺同时调制的激光光源以及双路信号同步探测的信号处理技术，提高了系统测量速度以满足高速测距的需求；分析验证了欠采样方法应用于的高频信号测鉴相的有效性，基于欠采样可有效降低了鉴相处理电路的复杂度。采用201 MHz+3 MHz的双测尺调制光源及40 MHz的采样频率，结合收发光学系统及信号解算电路，搭建了高速激光测距系统；进行了激光测距系统的测量速度和测量精度实验。实验结果表明，该测量系统的测量速度可达62次/s，测距精度可达±0.2 mm。该系统具有高速高精度的实时测量性能，可用于高精度激光扫描仪、动态跟踪测量等高速测距系统。

相位测距是一种非常重要的绝对测距手段，是大尺寸精密测量的重要保障。提高激光调制频率并采用高性能器件实现高频采样分析是提升相位激光测距精度最有效的方式之一。针对高性能器件的最大采样频率总是受限，难以满足高调制频率采样的难题，分析验证了欠采样方法用于相位测距的可行性，同时仿真分析了全相位傅里叶频谱分析法（all-phase Fast Fourier Transform，apFFT）提高鉴相精度的优势。在此基础上，提出“欠采样+ apFFT”的方法，并构建了激光相位测距的鉴相系统。当调制频率为201 MHz，欠采样频率为100 MHz时，系统鉴相精度高于±0.04°，对应的测距精度为±0.08 mm。实验结果表明，基于“欠采样+apFFT”的相位测距方法具有高精度、抗干扰能力强等优势，在科学研究与工程应用中具有重要价值。

针对零差正交干涉测量应用于超低频超大振幅标准振动台性能测试时非正交相移误差补偿困难、所需采样率极高的问题，提出了一种欠采样零差正交激光干涉测振方法。在设计消偏振分光测量光路的基础上，提出波片偏航调整方法，进行非正交相移误差的硬件实时补偿；提出基于运动状态预估的卡尔曼正交信号解调算法，对深度欠采样的干涉条纹进行相位信号解调，以大幅降低所需的采样率及产生的数据量。实验和仿真结果表明，文中方法可大幅降低零差正交干涉的非正交相移误差及其对波片角度偏差的灵敏度，且在测量超低频振动时，卡尔曼正交信号解调算法所需的采样率和每通道数据采集点数降低至奈奎斯特采样定理的0.056%。文中提出的欠采样零差正交激光干涉测振方法较好地满足超低频超大振幅标准振动测试的需求。