随着现代科学技术的飞速发展和高端装备制造业的不断进步,对位移测量技术测量精度的要求越来越高。激光干涉测量技术是以激光波长作为“测尺”进行位移测量,具有非接触、高精度、高灵敏度、可溯源到“米”的定义等优点。其中,正弦相位调制干涉测量技术还具有光路结构简单、动态范围大、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于精密位移测量领域。由于激光“测尺”与介质的折射率有关,随着位移测量范围的增加,空气折射率修正误差逐渐成为影响位移测量精度的主要因素。为了实现大范围、高精度的位移测量,本文提出基于电光相位调制器（EOM）的双色正弦相位调制干涉仪,一方面进行全路径的空气折射率修正、降低对环境参数传感器的精度要求;另一方面使用两接近波长的双色光,降低两单波长之间的色差带来的不良影响。利用双色正弦相位调制干涉仪进行高精度位移测量的关键问题是提高干涉信号的相位解调精度,为此本文提出了PGC-DCDM解调算法,并介绍了基于椭圆拟合实时修正的PGC-Arctan解调算法。PGC-DCDM算法通过对PGC解调中的正交信号进行微分交叉相除再相乘（DCDM）运算,同时消除相位调制深度（z）和载波相位延迟（θ）的影响,从而避免由它们引入的线性和非线性失真;基于椭圆拟合实时修正的PGC-Arctan算法通过对正交信号进行椭圆拟合实时修正正交信号的系数,消除z和θ引起的非线性误差。通过理论论证、仿真分析和实验验证,证明了PGC-DCDM算法和基于椭圆拟合实时修正的PGC-Arctan算法的可行性和有效性。实验结果表明,当z从1.5 rad变化至3.5 rad或者θ从-180°变化至180°的过程中,PGC-DCDM算法的解调结果对应的总谐波失真（THD）低于0.6%,信噪声失真比（SINAD）高于44 d B,验证了该算法对z和θ的不敏感性。基于椭圆拟合实时修正的PGC-Arctan算法分辨率小于1 nm,解调线性度达0.9998,适用于大范围位移测量。为了验证双色正弦相位调制干涉法（双色法）在大范围位移测量中的空气折射率修正效果,本文构建了基于EOM的双色正弦相位调制干涉仪,并与使用经验公式法进行空气折射率修正的单色正弦相位调制干涉法（单色法）进行对比测量。实验中将测量镜放置在远端约4 m处,并分别在实验环境稳定和非稳定的情况下,同时进行双色法和单色法静态环境和动态环境稳定性测量实验。实验结果表明,在环境控制良好的情况下,单色法测量位移的相对稳定度为2.4×10^-9,而双色法由于色散系数对测量误差的放大作用,相对稳定度为3.3×10^-8。在环境温度变化较快、空气流动较大的动态环境中,在160 s内单色法的位移测量结果漂移量大于6μm,相对稳定度为4.04×10^-7,而双色法的位移测量结果性相对平稳,相对稳定度为1.05×10^-7。由此可知,与单色法相比,双色法对环境参数的变化不敏感,更适用于测量范围大、环境参数难以稳定控制和精确测量的应用场合。