设计了一种基于尺蠖运动原理的大行程纳米级步距压电微动台,变传统单驱动器结构为双驱动器结构,采用“推-拉”接力运动原理,实现了大的驱动力与行程.利用有限元方法对压电微动台的结构和静、动态特性进行了研究.实验结果表明,压电微动台的运动范围为11 mm,稳定性好,载物力可以达到24.5 N,最小步距小于20 nm.

激光干涉系统的测量精度会受到系统本身机械结构及光学元件布局的影响，因此采用了耦合差动干涉的方法，使影响测量精度的各种因素尽量由干涉系统自身予以消除，提高了干涉仪的分辨率和稳定性．利用以Heydemann修正模型为基础的误差补偿方法，对干涉信号中存在的非正交误差、不等幅误差及直流电平漂移误差进行了修正．根据多点拟合的原理，提出了减小运算量的新算法．设计了以C8051F005单片机为核心的电路补偿模块，实现了以上3种误差的实时补偿．实验结果表明：通过采取以上措施，该干涉测量系统在10mm的测量范围内取得了10～12nm的测量精度．

提出了一种利用电子罗盘实现陀螺经纬仪粗寻北自动化方案。通过分析电子罗盘的原理和影响其精度的因素，对电子罗盘进行了校准。设计了基于DSP的控制电路，根据电子罗盘的输出驱动系统指向粗北方向。实验结果表明：电子罗盘粗寻北系统的精度在±30’以内，完全满足使用要求，粗寻北时间由10-15min减少到1-2min。

提出了一种光学8倍频的耦合差动式干涉光路，其结构设计简洁紧凑，光路布局对称性好，光程差倍增，符合阿贝原则和结构变形最小原则。对系统精度在理论分析的基础上进行了估算，得出了在10mm范围内干涉仪综合精度的理论值约为±1．8nm。采用与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测，利用线性回归的方法对测量结果进行处理。试验结果表明：该干涉测量系统的精度约为14nm。

为了解决长导轨直线度传统测量方法中存在的问题，研制了一种基于楔形板的便携式激光干涉准直系统。系统采用16位高性能单片机MSP430进行数据处理，利用软件滤除测量数据中包含的交流信号，然后再通过D／A转换器对处理电路进行反馈控制，以消除光电信号中包含的不断变化的直流电平信号，从而提高系统的测量精度。系统的测量数据通过无线模块实时地发送给与PC相连的无线基站，再通过USB接口传送给PC，可以方便测量数据的记录与保存。

本文介绍了纳米测量系统的各个组成部分,即探测系统、位移系统、计量系统、信号处理及控制系统,综述了国内外的研究状况和相关产品,在此基础上提出了一种集驱动、定位、测量、伺服控制、信号处理等技术于一体的实用型二维纳米测量技术,并对其应用前景作了展望.

基准问题向来是误差修正中的难题之一。本文提出一种用不同基准进行校正的崭新方。为解决传感器的精度越来越高，基准的建立越来越难的问题开辟了一条新的途径。它用两个传感器互为基准，而使基准的线性误差在中的影响越来越小的方法，实现了对传感器线误差的高精度校正。文章阐述了自律校正法的原理，并介绍了基于自律校正法原理对ＰＤＳ的线性误差进行自律校正的结果。

分析陀螺经纬仪工作原理,探索实现陀螺经纬仪自动化的关键技术,设计了陀螺仪数字测量单元、陀螺仪灵敏部自动升降单元、粗寻北自动控制单元,经DSP和CPLD的总体控制协调,结合全自动寻北算法方案,完成了一种与精寻北相结合的自动化寻北系统的实验装置,实现光标自动采集、仪器操作的自动化与智能化、寻北结果的计算与显示等功能,测量时间为12 min时,寻北精度（1σ）为6.3″ 测量时间为4 min时,寻北精度（1σ）为18.7″。

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料，满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器（I）SP）实现对运动系统的控制，提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例一积分一微分（PID）闭环控制，提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中，通过集成在驱动器上的圆光栅，将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示，另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3％。

针对光电自准直系统现有简化模型的局限，研究了一种基于矢量运算的的建模方法。以矢量运算理论为基础，通过对分划板任意点经光电自准直系统成像进行一般性分析，建立了分划板点坐标、平面镜转角与回像点坐标相互关系的数学模型，并提出了理想自准直系统的概念。通过数值仿真，分析了回像轨迹与平面镜转角的关系以及简化模型的原理性误差。根据分析的结论，进行了激光自准直实验验证。文中建立的模型对于大范围、高精度的光电自准直系统设计、误差分析与补偿具有一定的指导意义。