随着现代工业技术的迅速发展,对测量精度、测量范围、实时性、快速性等测量性能的要求越来越高。激光追踪测量技术作为快速精密测量设备的核心技术,在现代精密工业与工程测量领域中发挥着日益重要的作用。课题“激光追踪测量关键技术研究”的目的是在追踪测量机械结构的基础上,研究一种激光追踪测量技术,实现对空间目标点的高精度追踪测量,为我国激光追踪测量仪器的创新与自主研发提供技术储备。本文首先基于激光追踪测量的机械结构,分析了激光追踪测量原理。从实际应用角度出发,分析了激光追踪测量过程中光电信号噪声的产生机理,并将基于分数阶Fourier变换的方法应用于滤除干涉信号和追踪控制信号的背景噪声,为追踪控制模型的建立和激光追踪测量的研究奠定了理论基础。提出了一种对空间目标点相对位移量的精密测量方法,该方法基于激光干涉测距和光学移相原理,构建激光干涉与追踪光路系统,得到能够反映空间目标点相对位移变化的四路相位互差90°的干涉信号,并实时获取空间目标点的偏移量,结合光电接收与信号处理电路,实现对空间目标点相对位移量的精密测量。为实现空间目标点的精密追踪,建立了电流-速度-位置三闭环的追踪控制模型。该模型将基于扩张状态观测器的电流预测算法引入到电流环设计中,避免传统PI控制性能易受内外多种因素的影响,提高了电流的动态特性和控制精度。三闭环的追踪控制模型有效改善了系统的动静态特性,提高了系统对动态目标的追踪速度和追踪精度。研制了一套激光追踪测量系统,该系统采用激光干涉测距技术实现对空间目标点相对位移量的实时、高精度测量,同时以PMAC运动控制卡为主控单元,研制了集手轮控制、伺服追踪控制、信号处理、外部模拟电源设计为一体的电控系统,实现对空间目标点的高精度追踪。最后,本文对课题研究的激光追踪测量关键技术进行了模拟仿真和实验验证,主要包括:(1)研制光电接收与信号处理电路,得到了四路相位互差90°的干涉正弦信号和方波信号,证明了本文设计电路的正确性与可靠性;(2)基于电机模型和矢量控制算法,通过MATLAB/Simulink软件对电流环预测控制算法进行了仿真测试;(3)实验验证了激光追踪与光斑偏移量的测量,激光光斑距离四象限光电探测器中心±500μm范围内,光斑偏移量的最大测量误差为9μm,偏移的激光光斑回到探测器中心的平均时间为0.259ms,验证了本文研制的激光追踪测量系统的科学性和有效性。