角度计量广泛应用于各类科技领域,随着技术发展,角度计量的精度要求越来越高。尤其是在高端装备研制过程中,圆分度的测量精度有从秒级向亚秒级延伸趋势。传统机械式的量块、量尺、分度盘等角度测量和校准工具早已不能满足现代科学技术和工业发展的需求,取而代之的是集光学、机械、电子、计算机等多学科尖端技术复合而成的新型角度计量平台。本研究针对亚秒级高精度角度计量转台的系统需求,对相应的支承及驱动等关键技术开展了深入的研究和探讨。首先,针对真空预载气浮支承的特殊结构,建立相应的数学模型,提出基于出流函数法的静压气浮轴承静态特性计算方法,有效地提高了静压气浮支承静态特性的计算效率。提出并使用刚度波动区间这一指标对转台的性能一致性进行了定量描述,研究了各项参数对承载力、刚度及刚度波动区间的影响规律,通过正交仿真的方法,以刚度及刚度波动区间为设计目标,对真空预载气浮支承的结构参数进行优选。其次,在静态特性分析的基础上,开展了真空预载气浮支承动态特性分析。基于小扰动法,分析了真空预载气浮轴承在受到微小扰动之后的动力学特性,对轴承的稳定性进行判定。研究了不同参数对真空预载气浮支承稳定性的影响规律,为设计真空预载气浮支承时避免不稳定状态提供了相应依据。然后,针对真空预载的气浮支承转台,为同时实现计量转台的大角度快速定位与极高的稳态精度,提出了一种基于扩张状态观测器的多模式控制策略:速度模式(AC)下以较快的速度运行到指定的目标位置;到达目标位置附近时,平滑过渡到另一种直接控制模式(DC),实现小范围内位置的精密调整。分析并辨识了转台的数学模型,设计了基于LESO的AC与DC控制算法,并基于Matlab对提出的多模式控制算法进行仿真。经实验对比分析得到:AC模式能以较快的速度运行到指定的目标位置。在到达目标位置附近时,切换到另一种控制模式DC模式,DC模式可以在小范围内对位置进行精密调整,最终实现转台的高稳态精度±0.003角秒。最后,基于上述研究,构建了亚秒级角度计量原型装置并搭建了圆分度误差测量系统;利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了基于无实物基准的圆分度误差的测量算法;讨论了测试过程中环境、仪器及仪器安装误差对测量结果的影响及抑制方法;在构建的测量系统上进行了圆分度误差校准,将校准结果分别与中国计量科学研究院(NIM)、制造厂家的结果进行比对分析,验证了装置的亚秒级角度计量性能。