随着我国科学技术的不断进步,汽车、航空航天、船舶、大型实验装置等一系列大型科学工程和大型高端装备制造业的不断发展,激光跟踪测距系统越来越多的应用于国防、工业等各个领域中。目前国内外高端激光跟踪测距系统的生产与销售几乎完全由国外公司所垄断,因此对于激光跟踪测距系统的研究有着十分重要的意义。激光跟踪测距系统的主要作用是跟踪测量一个在三维空间中自由运动或静止的点,并给出其空间坐标,或通过对无数点的测量给出物体的三维形貌,因此激光跟踪测距系统是在激光测距系统的基础上加入跟踪角度测量伺服系统,使得测距激光光束从一维直线方向扩展到三维空间内任意方向,从而实现对目标的跟踪与测量。本文在单站式跟踪测距系统的基础上,对跟踪原理、测距原理及系统的工作流程进行了详细的研究。同时,通过对系统的主轴系统、圆光栅测角系统、半导体激光器准直扩束系统、双光楔光轴矫正装置等主要部件的设计与分析,对整个单轴跟踪测距实验平台的整体光机结构进行了设计,并给出了设计方案。最后通过圆光栅测角实验与PSD精度验证实验对本文的设计方案进行了验证,为下一步的研究打下了基础。