激光扫描式定位技术是一种结合光、机、电多学科的新型测量技术,具有布站灵活、测量范围可扩展、空间内多位置并行测量等优势,能够应用于飞机机身装配、船舶制造、桥梁对接等大型零部件装配过程,在工业领域具有广泛的应用前景。现有激光扫描式定位系统,虽然已实现了对前端平面型接收器的传感器圆心定位,但是其对激光信号要求较高,对于凹槽、内腔等复杂结构无法实现接触点测量,因此在分析了现有激光扫描式测量优缺点的基础上,本文提出一种基于多特征点约束的组合式测量方法,并设计了前端组合式接收器原理样机,从而实现测头接触点位置测量。本文通过建立多特征点组合式测量模型,利用SolidWorks三维建模与MATLAB仿真,分析了传感器节点数对测量精度影响,完成了组合式接收器机械结构的设计,并设计了基于Zynq-7020的高速光电信号采集、数据处理硬件系统,在Zynq-7020 PL(Program Logic)中完成了多通道信号采集传输逻辑建模,实现了组合式接收器多路传感器同步采集,采集速度达到了 100Mhz。论文同时搭建了 Zynq-7020片上嵌入式系统,在Zynq-7020 PS(Processing System)中完成了组合式接收器的控制、解算和通讯系统设计。针对现有特征角度解算算法采集时间长、解算速度慢所导致的测量系统动态特性差等问题,论文提出了基于单周期信号解算特征角度的算法,减少了系统解算所需的特征信号,提高了系统测量速度。为了提高系统测量精度,论文利用组合式接收器结构参数标定方法,以锥形标定台顶点为球心旋转接收器,构建多位置矢量锥标定模型,并基于Levenberg-Marquardt算法建立参数非线性优化求解模型,保证系统结构参数准确性。论文通过搭建的激光扫描式测量系统实验平台,开展组合式接收器测量精度验证,验证结果表明,在20m范围内,组合式接收器硬件系统能够可靠地完成光电信号的采集、通讯、显示功能。基于单周期信号解算特征角度的算法能够准确解算系统特征角度,用该算法可使组合式接收器测量速度达到13Hz,组合式接收器能够实现测头接触点测量,通过光栅尺上的两个位置点进行的距离精度测量结果证明组合式接收器精度可达±0.3mm。