传统的四象限光电自准直测量系统,其实质是通过检测聚焦点光斑光强重心的位置而实现角度测量的。然而实验发现,当测量具有空间直线运动的目标偏转角时,由于激光发散角、光斑衍射环、光斑本身均匀性以及目标反射镜局部毛刺等因素的影响,导致光斑光强重心发生改变,从而增加了测量误差。因此,在满足高精度的测量要求下,这种传统的平面镜反射结构方案仅仅适合被测目标在固定位置的角度变化,不适合有空间直线位移而导致光程变化的运动目标。为此,本文研究并设计了基于恒光程方法的光电自准直系统,利用两个直角棱镜组成一个能探测角度变化的结构,而激光器和四象限的位置固定,保证系统光程的恒定,降低了测量误差,并且针对此系统进行了如下内容的研究：首先,分析比较了传统的微小角度测量方法,而且对激光器的各种特性进行了研究,在此基础上提出了恒光程方法,并对基于恒光程方法而设计的光路结构进行了数学推导。其次,对系统光学器件进行了选取和分析。通过仿真实验,研究了光学器件对系统测量结果的影响。第三,通过对激光器加载特性的研究,设计了恒光强自动控制系统,确保和光强信号保持恒定；此外还进行了信号的接收与处理的电路设计,通过试验调试,选取合适的电子器件和处理电路,提高了信噪比。最后,对系统进行了误差分析,并进行了相关实验,此光电自准直系统的测量范围大于±100”,测量精度优于0.1”,达到了预期的测量目的。本文中设计的基于恒光程的光电自准直系统,其结构紧凑,易于装卸,在保证高精度测量的情况下,能实现二维的实时动态测量。为高精度导轨直线度的测量以及阿贝误差补偿方面打下了基础,具有一定的理论意义和工程实用价值。