近年来,高端装备制造业和精密计量领域的快速发展对超精密水平倾角静态测量提出了迫切需求,水平倾角测量已经迈入微弧度量级。水平倾角测量通常利用水平仪来实现,但是目前的水平仪分别存在线性精度低、测量分辨力不高、测量稳定性差的缺点,难以满足高精度角度测量需求。针对以上问题,本文采用基于液面基准的水平倾角干涉测量方法,突破了高分辨力角度解算算法,完成了高稳定性水平倾角测量样机设计,实现了超精密水平倾角测量。本文的主要研究内容为:1.针对传统电子水平仪测量线性精度低的问题,本文采用基于液面基准的波前干涉角度测量原理。通过液面反射进行角度感知,实现水平倾角的光学放大,同时借助干涉测量光路实现角度线性传感。2.针对传统角度解算方式造成解算分辨力低的问题,本文进行了高分辨力干涉图像解算算法研究。信号解算从空间域与频域角度出发,结合液面波动特性,综合运用自适应光强中心定位、干涉条纹包络滤波、频率细分、幅度谱拟合寻峰、S-G滤波等技术,提高角度解算分辨力。3.针对上述测量原理及解算方法,本文进行了高稳定集成化测量样机设计。在对液体的方向特性和稳定性进行探究、对图像探测优化的基础上,采用一体化干涉镜组、高稳定粘性液面和超稳机械结构,设计了水平倾角测量系统,并对样机的安装误差进行分析和抑制。基于以上内容,本文所设计的激光水平仪分辨力优于0.5μrad,测量重复性为0.6μrad,系统24h稳定性3μrad,在±2 mrad范围内误差为3μrad,线性度优于0.15%,解决了水平角测量中无法兼顾“准、精、稳”的问题,满足了超精密水平倾角测量的需求。