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深入分析了激光跟踪测量系统坐标系的特点，建立了采用高精度约束球面标定激光跟踪测量系统（LTS）的初始状态参量和结构误差参量的方法。通过数学仿真搜索出采用约束球面进行系统标定时的最佳约束球半径、最佳采样点个数等，并采用仿真方法评估系统噪声对标定结果的影响。使用三坐标测量机和 QC20-W 高精度伸缩球杆仪建立了球面约束标定的实验装置，对激光跟踪系统执行了球面约束标定实验。实验结果表明，采用高精度约束球面作为约束条件可以提高系统的未知参数标定精度和测量精度。