绝对距离测量技术以其测程远、精度高、过程可中断等优点广泛应用于工业生产、大型机械装备、航空航天等领域。随着大尺寸装备制造业的进一步发展,对测量精度和测量自动化水平要求越来越高,其需求已从单一维度的距离测量逐步拓展到空间三维测量。因此,研究高精度、远测程、集成化、对环境适应力强的绝对距离自动跟踪测量技术是未来科研的重点。调制波相位式激光测距技术以其高精度、大范围和易于集成的优点成为近年来绝对距离测量的研究热点,但传统测距方式存在只能进行沿光束方向的一维测量,且数据更新速度慢等问题。本文从单站式跟踪原理出发,围绕相位式绝对测距技术,设计基于相位式绝对测距技术的自动跟踪系统。论文主要研究内容如下:针对传统相位式绝对测距仪仅能实现沿光束方向单维度测量的问题,基于单站式跟踪系统结构及相位式绝对测距原理,设计集成单光源式跟踪测距一体化光机结构,并建立基于PSD位置离焦结构的光束位置偏差探测模块,通过研究目标偏差数据之间的相互耦合特性,建立跟踪控制模型,为实现对三维空间内动态目标的跟踪测距提供理论基础。针对传统光纤传导式相位测距系统引起的相位漂移大、光纤耦合调节机构复杂及调节困难等问题,设计基于不对称式分光的空间共光路测距结构,一方面在保证探测精度的同时提高测量光的光功率,将回光光效率由9.0%提升至22.5%,扩大测距范围,另一方面,在探测器前端采用调制光波凸透镜会聚的方式,简化调节机构,增大跟踪过程中的位移及角度容差,在保证测距精度的同时提高跟踪效率。针对传统测相算法测量效率低影响跟踪控制效率,测相精度低影响跟踪控制精度的问题,设计基于“乒乓机制”的多周期同步测相单元,保证数据的无间断测量及测量精度,将时间利用率提高一倍,进一步提高跟踪控制效率和控制精度。针对跟踪系统对伺服跟踪控制的要求,建立基于速度环的闭环反馈控制模型,设计基于FPGA+DSP双核的实时检测伺服跟踪电路模块与上位机显示界面,提高偏差检测模块工作带宽,实现动态目标偏差值的高精度、高实时性检测,在此基础上研究数据双向通信技术和模量传输技术,快速生成基于目标偏差值的反馈控制信号,完成跟踪系统的检测控制单元设计。基于上述关键技术研究,本文集成了高精度相位式激光测距仪的自动跟踪系统,并对测距特性和跟踪特性参数进行测试。实验结果表明:所设计的高精度跟踪测距系统可以实现偏摆方向±360°全范围,俯仰方向±60°跟踪,跟踪测距范围不小于11m,最大跟踪角速度126.81°/s,绝对距离重复性优于97μm。