为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求，基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题，提出反向运动线性模型，以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先，基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次，构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系，并结合旋转角度误差传递模型，确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加，获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明，该方法所计算的旋转角度误差趋近于0，真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad，验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛.为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统.首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型.然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标.最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性.结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到±1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量.