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飞秒激光跟踪仪用于超大空间几何量精密测量（三维坐标、尺寸、形状、位置、姿态等），是大型科学装置和大型装备制造中急需的测量设备，在航空航天、造船、轨道交通、电子、汽车、天文、自动化、高端制造等领域具有广泛应用。二维精密跟踪转台是飞秒激光跟踪仪的核心部件，它可实现空间目标的跟踪和二维精确指向，因此，是激光跟踪仪跟踪测量的前提和保证，二维精密跟踪转台的结构设计、力学分析和结构改进是激光跟踪仪研制的关键技术;同时二维跟踪转台的测角精度直接影响跟踪仪测量系统的总体精度，为了实现高精度角度测量需研究误差补偿等技术。 本文首先根据二维精密跟踪转台的功能和技术要求，对转台的总体结构进行设计，包括水平轴系和垂直轴系及相应的结构附件。在深入分析的基础上选取了相关器件与设备，包括转台的驱动电机与驱动型式、电机驱动器、高精度测角传感器以及电子倾角传感器。 在对转台进行详细载荷分析的基础上，基于有限元分析软件MSC.Patran建立有限元模型，并进行了动力学和静力学仿真分析，得出了力学分析结论。通过理论分析，对转台结构进行了优化设计。 论文研究了转台测角技术，重点研究了光栅多头读数对测角误差的补偿原理和优化应用方法，采用非均匀分布多读数头结构来消除更高阶次测角误差。在多头读数硬件误差补偿基础上，应用谐波分析方法从软件方面进行进一步补偿。 最后，论文对优化设计的一维转台进行了测角误差补偿实验，测角精度补偿前后分别为4.80"和2.64"，精度提高了45％，一维转台的测角精度有了明显的提高，为后续二维精密跟踪转台测角误差补偿提供了重要参考。同时通过对一维转台测角系统中各项误差的分析，得到了转台轴系跳动误差，验证了一维转台的轴系精度。本文研究表明转台优化设计方法和多头读数角度误差补偿方法是有效的，可以有效提高激光跟踪仪的测角精度和跟踪性能。