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本文对采用调频连续波激光测距技术的球坐标测量系统及关键技术进行了较全面的研究并形成了初步的原理样机。对于球坐标系统中的测距部分,研究了调频连续波激光测距的方法以及频率调制非线性的原因,使用全光纤触发采样技术抑制激光调频非线性误差。在触发采样技术的基础上提出了三种改进方法。1.提出了一种基于电压比较器的触发重采样测量方法,该方法的光路结构采用两个并联的马赫泽德光纤干涉仪,一个是测量干涉仪,一个是辅助干涉仪。在辅助干涉仪的信号输出端增加了一个阈值电压比较器,当辅助信号大于上限电压或者小于下限电压时,触发采集卡对测量信号和辅助信号同时进行采样。2.研究了低速振动引入的多普勒误差及辅助光纤长度变化误差对重采样测距结果的影响,基于触发采样光路结构提出了一种三光路的补偿方法,该方法在测量光的路径上增加了两块部分反射镜,通过测量光与其中一路补偿信号的差值抵消抵消多普勒误差的影响,通过两路补偿信号之间的距离关系实时补偿辅助光纤长度误差。3.研究了重采样测量光路的测量信号和辅助信号采样时间不同步对测距结果产生的影响,提出了一种串联式的双干涉仪结构和调幅重采样的信号处理方法,将两个光纤马赫泽德干涉仪串联在一起,前一级干涉仪产生一个光频率随时间变化的正弦载波信号,后一级干涉仪将测距信号加载到载波信号的幅值上,通过提取幅值信号获取等频率间隔的幅值信号。对于球坐标系统中的测角部分,研究了转台的垂直度误差,相交度误差,反射镜倾斜误差及平移误差,出射激光的倾斜误差及平移误差,圆光栅安装误差对测角结果的影响,使用自准直仪和准直望远镜等仪器对各项误差及转台完成装配后的测角精度进行标定,误差标定结果:垂直度误差0.753″,相交度误差0.113mm,反射镜倾斜误差117.03″,反射镜偏移误差-0.168mm,精度标定结果:水平测角精度0.4″,垂直测角精度0.8″。研究球坐标测量系统的装配方法及出射激光方位的调节方法,研究球坐标的标定方法,搭建球坐标测量系统实现坐标测量功能并完成坐标的标定,标定结果:坐标测量值在X轴上的分量相对于标定值的最大误差为61.3μm,在Y轴上的分量相对于标定值的最大误差为75.7μm,在Z轴上的分量相对于标定值的最大误差为78.4μm。