精密控制技术离不开光机电结构配置、电机驱动、传感器、控制算法以及载荷平台的发展，它是实现高精度光电跟踪的必要手段。无论固定地基平台还是运动平台，扰动抑制、目标跟踪以及分布式智能协同的三大关键技术始终是光电跟踪控制系统面临的技术难点。本文综述了针对上述几大关键问题的精密控制技术，展示了一些先进和前沿控制技术的研究成果，同时指出未来重点研究方向的主要思路。根据扰动影响的不同机理，从精密驱动、惯性稳定、振动控制三个方面介绍了相应扰动抑制技术的研究进展以及热点，并强调基于 Stewart平台的振动与指向一体化技术是空间光电跟踪系统的重要技术方向。复合轴控制系统仍然是提高目标跟踪最有效的根本方式，最基本的技术问题是提高精跟踪倾斜镜跟踪系统的性能。观测器控制尤其是仅有误差测量的观测器技术特别适用于复合轴光电跟踪系统，发展三级或者更高级的复合轴系统应该特别注意高性能电机的应用。最后，提出多智能协同光电系统是光电跟踪领域未来重点的发展方向，需要研究多智能体的协同定位、编队控制以及载荷平台一体化等精密控制技术。

针对空间光调制器系统中, 液晶在正常驱动电压下响应时间长, 拖慢系统响应速度等问题, 对影响液晶响应时间的因素、液晶的弛豫特性以及液晶的过驱动原理进行了分析, 提出了一种基于FPGA(Field－Programmable Gate Array)的液晶过驱动方法。其中, 相位量化、过驱动表查找、PWM(Pulse Width Modulation)产生均由FPGA完成, 该方法不占用CPU(Central Processing Unit)资源, 能够更快速响应CPU指令,在硬件方面进一步节省了液晶响应时间。最后搭建实验光路, 实验结果表明使用该过驱动方法后, 一个调制周期范围内, 在5 V过驱动电压下, 液晶调制相位上升过程响应时间从500 ms缩短至35 ms; 下降过程响应时间从300 ms缩短到36 ms。实现了液晶分子相位的快速偏转, 提高系统的响应速度近一个数量级。

针对闪耀光栅模型光束偏转角度数量分布有限的缺点, 提出一种基于相控阵雷达模型的液晶光束偏转波控方法。该方法控制液晶电极间相位差, 通过改变液晶电极间相位差控制出射光波束方向。使用傅里叶光学方法推导该模型最大偏转角度、光束偏转角度与电极间调制相位关系以及衍射效率和偏转角度的关系。实验证明该方法可实现任意分辨角的光波束扫描,在0.15°光束扫描范围内实现优于20 μrad的连续光束偏转。

针对灰度图像目标色彩信息贫乏从而易陷于局部相似, 致使跟踪点发生漂移导致跟踪失败的问题, 构建了一种基于均值偏移的改进算法, 在直方图模式中加入了目标对比度均值差分、平均梯度强度及局部灰度概率等特征, 增加了目标特征维数, 对目标进行精细刻画。并结合粒子滤波, 有效提高灰度成像目标的跟踪稳定性和精确定位问题。试验结果表明, 这种方法能够在较复杂背景下及目标快速运动时对锁定目标进行有效的跟踪定位, 跟踪误差小, 鲁棒性较强。

为了提高大气层外飞行器脱靶量的光学测量精度,提出了一种基于多测站同帧画幅数据的脱靶量处理算法.首先给出了光学测量脱靶量的基本原理;其次分析了各种角度误差对大气层外飞行器脱靶量测量的影响;然后建立了基于多测站同帧画幅数据的节省参数算法,并进行了脱靶量精度分析;最后给出了典型情况下的仿真结果.仿真结果表明:对大气层外飞行器脱靶量进行光学测量,必须修正CCD 曝光时延误差和焦距误差,通过充分利用多测站冗余同帧画幅数据可以提高脱靶量测量精度.

在星地光通信中为了获得较高的性能，需要捕获对准跟踪（APT）系统具有高精度，而卫星振动是影响APT 精度的最主要因素。传统反馈控制对卫星振动的中高频抑制效果较差。针对这种情况，将自适应算法引入前馈控制，设计了最小均方（LMS）和递推最小二乘（RLS）两种自适应反馈复合控制算法。仿真验证了反馈控制、LMS 复合控制以及RLS 复合控制三种算法的性能，结果表明自适应前馈复合控制算法对中高频振动抑制效果明显，采用更快收敛速度以及更高稳态精度的自适应算法可以提高抑制效果。

在光电经纬仪设备的水平轴系中实现了双电机的直接驱动控制。建立刚性连接下双电机的直接驱动模型, 与单电机驱动相比: 双电机与单电机的控制特性的谐振频率几乎是一致的, 而双电机反谐振频率是单电机驱动的1.414倍, 因此双电机具有比单电机驱动良好的控制对象特性。由于双电机采用了刚性连接, 其速度已经同步了。提出了电流跟随控制方法实现力矩同步的控制算法。具体就是以其中任何一个电机作为主电机, 另外一个电机作为从电机跟踪主电机的反馈电流, 而速度反馈直接到主电机上。实验结果表明理论分析的有效性, 在跟踪轨迹为0.01°/s的直线, 位置随机误差为 0.011 9″。

为提高高空、远距离条件下的光测交汇精度，需要对光测数据的系统误差进行精确修正，利用高空飞行器被动段的轨道特性和多测站冗余观测数据，可以进行轨道约束自校准。首先分析了光测数据系统误差模型和坐标转换关系；然后建立了基于轨道约束的光测数据系统误差自校准算法。最后为验证方法的有效性，进行了典型条件下的仿真试验。仿真结果表明，当采用多台光电经纬仪的冗余观测数据进行事后处理时，利用轨道约束自校准技术，可以实现光测数据系统误差的精确自校准。

在经纬仪研制中, 对跟踪控制系统的测试具有十分重要的意义。构建了经纬仪跟踪控制仿真测试系统的总体功能结构, 通过 Real-time Workshop (RTW)完成了跟踪控制算法的快速实现, 通过视景仿真完成了符合经纬仪成像特性和效果, 满足各种仿真测试需求的虚拟目标运动场景实时渲染。实际应用表明, 仿真测试系统达到了对经纬仪跟踪控制系统进行测试的目的, 解决了传统室内测试方法局限性大的问题, 不仅方便快速, 而且具有针对性和可重复性, 十分有利于实际经纬仪跟踪控制系统的分析与设计。

在利用 CCD闭环的快速倾斜镜 (FSM)控制系统中, 延迟是控制性能最大的限制, 严重制约了闭环性能和控制带宽。本文在 PID控制器的基础上串联一个积分器, 利用 PI-PI控制器提高 CCD闭环的 FSM控制系统的性能。建立了一套详细的控制模型, 给出了控制器参数整定的公式。理论和实验表明, 采用 PI-PI控制器的误差抑制带宽要窄一点, 高频段抑制能力同积分控制器相当, 但是对低频的误差抑制能力要强的多。