激光跟踪测量系统是集光学、精密跟踪机械、数值计算及计算机控制技术于一体的新型的坐标测量系统，属于几何量动态测量范畴，其测量理论的完善以及实际系统的研制成功，必将满足工业领域对于大尺寸、非接触、全姿态、动态测量的需要。本文主要进行空间坐标及姿态的动态跟踪测量理论研究，并建立了两套独立的、基于多站纯距离法和单站角度距离法的运动目标跟踪测量系统，实现了运动目标三维坐标的激光跟踪测量。 首先，研究多站纯距离法激光跟踪测量理论，研究内容包括：建立了运动目标跟踪测量的运动学模型，提出了实现系统几何参数自标定的方法以及自标定时减少方程组和自变量个数的途径，并仿真分析了影响系统几何参数自标定以及借助实物标定的主要因素；采用矢量分析法，推导系统跟踪测量光路中回到探测器和干涉仪的偏振光矢量表达式，对系统的跟踪光路进行了优化设计；设计了转速和电流双闭环直流调速控制系统。坐标测量实验结果表明：使用三个跟踪站，借助光栅尺(精度5μm)标定系统的几何参数，可以实现平面内运动目标(距离跟踪站约2.0m)坐标的测量，最大测长误差为36μm。 进而，以角度距离法测量原理为基础，建立了双振镜扫描器三维目标激光跟踪测量系统，主要研究内容为：对位敏探测器的输出相关特性以及跟踪镜转角和探测器输出信号之间的关系进行了理论分析和研究，建立了在一定跟踪范围内对跟踪镜两路电机进行独立控制的模型，从而提高了系统的跟踪性能；采用矢量分析方法，推导出双振镜扫描跟踪系统的空间坐标解析表达式，并提出了实现初始距离标定的两种方法；对影响系统测量精度的主要误差源进行了较为系统的分析，指出了提高测量精度的主要途径。实验结果表明：单站双振镜激光跟踪系统与三坐标测量机的近距离(约1m)坐标测量比对实验的最大测长误差为30μm；与光栅尺的远距离(约5m)坐标测量比对实验的最大测长误差为0.14mm。 最后，对运动目标全姿态激光跟踪测量方法进行了较为系统的理论研究。提出了利用奇异矩阵分解及四元数法实现跟踪站坐标系间坐标变换的方法，重点分析了角度距离法测量系统在不同坐标系下实现目标全姿态测量的理论模型。