大型装备制造正在向着高精度数字化的方向发展，在大空间范围内对工件尺寸和位姿的高效率高精度地测量是保证制造质量和效率重要支撑技术。长度量是确定空间坐标的基本约束之一，但传统的长度测量方法却难以完全满足大型装备制造业中对测量的需求。飞秒脉冲激光具有频率稳定、峰值能量高的特点，有潜力实现大尺寸高精度距离测量。本文使用光电探测器将飞秒脉冲激光转化为高频率高稳定度的微波信号，测量其传播过程中产生的相位变化从而获取距离信息；通过调整重复频率的方法解相位，完成大尺寸空间内的高精度距离测量。分析了相移测量中各环节的误差，并搭建实验平台进行了实验验证。为发展激光频率梳的距离测量方法，满足大尺寸高精度距离测量中新的要求提供了理论和技术基础。论文完成的主要工作有：1、概括总结了现代先进制造对精密测量技术的迫切需求及其特点，讨论了传统的激光测距方法及其特点。综合应用需求、技术发展及研究基础三方面因素阐述课题来源及研究意义，概述飞秒激光频率梳的特点及其在距离测量中的应用前景。2、面对飞秒脉冲激光的特点及工业中实际的应用需求，提取微波频率梳中的频率成分用于相移法距离测量。重点关注实现距离测量的关键技术。讨论了高频率高稳定度的微波频率信号的获得过程，对比了传统微波信号获得过程中的限制，使距离测量的非线性误差从本质上得到了抑制。3、针对相移法中测量精度和模糊距离之间的矛盾，提出了调整重复频率，利用较小的频率差值获得大模糊距离进行测量。使高精度的测量结果与合成波长的测量结果相融合，实现大尺寸空间内的高精度距离测量。4、针对飞秒激光频率梳在时域中光脉冲超短的特点，分析了空气折射率波动和群速度色散带来的光脉冲展宽、幅度波动和指向波动，以及这些影响最终导致的微波信号频率稳定度下降和微波信号幅度波动。合成鉴相误差、频率稳定度误差以及空气折射率误差得到了最终测量不确定度。5、搭建实验平台，验证了飞秒脉冲的重复频率以及微波信号的频率稳定度分析。提取微波信号并进行距离测量，通过调整重复频率，大量程范围内获得高精度的测量结果。验证了方法的可行性和误差分析的结果。