特大型齿轮激光跟踪测量系统采用激光跟踪仪和三维测量平台相结合的工作方式，利用激光跟踪测量系统建立测量仪器与被测齿轮之间位置关系，从而进行齿轮测量。该系统的难点是如何提高测量仪器与被测齿轮之间位置的测量精度，因此激光跟踪测量系统的精度控制至关重要。本文首先研究了激光跟踪多站位理论，将激光跟踪多站位测量模型应用于特大型齿轮定位，设计了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位方法，并通过两种不同的激光跟踪设备验证了多站位测量方法的有效性和适用性。本课题为了提高特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的齿轮定位精度，精确确定测量仪器与被测齿轮的位置与姿态关系，提出了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位测量方法。根据激光跟踪多站位测量提供的冗余数据对空间两点间共线方程优化求解，建立了特大型齿轮激光跟踪多站位测量模型，分析了利用奇异值分解方法修正多站位测量模型解析矩阵条件数的方法。实验结果表明，使用多站位测量模型求得的不同站位待测点间距离的标准差明显小于直接在不同站位下测量的标准差，直接在不同站位下测量待测点的标准差均值为0.024mm，使用多站位测量模型得到的标准差均值为0.008mm，激光跟踪多站位测量模型具有良好精度控制效果。本文的研究为特大型齿轮激光跟踪多站位测量系统建立齿轮坐标模型提供了可靠数据来源，提高了齿轮定位时所需测量点的三维测量精度。本文提出的方法不仅适用于特大型齿轮激光跟踪在位测量系统，对于其它跟踪设备也具有很强的适用性。