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PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件，其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先，简要介绍了基于PSD的激光跟踪测量系统，并根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案；然后，重点讨论了信号调理、抗环境光干扰、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性，研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法以进一步提高测量精度；数据表明在4 mm×4 mm的区域内脱靶量探测稳定度优于±2μm。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪，很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。