目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元（Inertial Reference Unit，IRU）的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动，实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求，分析和对比了IRU的各种技术方案，特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动，并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发，阐述了系统的两种工作模式及功能特点，建立了系统数学模型。然后，介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向，指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素，梳理了三项关键技术的研究动态。最后，总结了IRU的空间应用情况，并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

光电跟踪系统在运行中受到摩擦力矩的影响导致在跟踪过程中产生抖动以及爬坡等现象，严重影响跟踪精度。为提升跟踪精度，结合Stribeck摩擦力矩提出一种最小二乘法与粒子群算法（PSO）结合辨识的方法，建立摩擦模型并使用扰动分离自抗扰（DSADRC）算法进行补偿。首先对转台系统进行建模，分析摩擦对系统的扰动；其次根据Stribeck摩擦模型的特点通过恒转速—力矩实验测得数据，使用最小二乘法与粒子群算法对力矩数据进行辨识，建立起Stribeck模型并将模型等效进系统中；最后使用扰动分离自抗扰控制算法对摩擦模型进行补偿。实验结果表明：最小二乘法与粒子群算法相结合辨识得到的摩擦模型与实测数据之间的平均误差为3.4%，扰动分离自抗扰在单边最大速度误差方面相较于PID控制与经典自抗扰控制分别下降了77.72%和58.78%，在摩擦力矩抑制方面与PID控制和经典自抗扰控制相比分别提升了73.59%和60.59%。

为提高光电跟踪控制系统的跟踪速度和稳态精度，本文对光电跟踪伺服系统的控制方法进行了研究。首先，为了满足系统功能和性能指标要求，对伺服转台进行了结构设计。然后，设计自抗扰控制算法，得到了跟踪微分器、线性扩张状态观测器及状态误差反馈控制律。接着，在Matlab/Simulink中建立了基于自抗扰算法的跟踪伺服系统模型，位置环和速度环采取了二阶自抗扰控制策略，电流环采取了PI控制策略。仿真分析结果表明，定位跟踪时可实现无超调，并具有最快的响应速度，突加扰动时，动态降落最大值为3%，正弦跟踪误差小于0.02°。仿真结果验证了基于自抗扰控制算法的光电跟踪控制系统，在快速响应、稳态精度和抗扰性能等方面均具有较好的控制效果。

针对地面最小操纵速度试飞的光电测试需求，提出一种基于机载摄影测量与地面光电跟踪测量相结合的光电测试方法。简要介绍了地面最小操纵速度试飞光电测试系统设计；详细论述了系统标定、地面跟踪目标自动检测、基于机载摄影的飞机偏心距测量、基于光电跟踪测量的飞机航迹与速度测量等方法原理；总结了飞行试验测试实施流程；最后开展了飞行试验验证。试验结果表明，该方法有效可靠，可提供直观的飞机侧偏过程画面，实现飞机偏离跑道方向优于2 mm、高程方向优于2 cm和航向优于5 cm的定位测量精度，完全满足地面最小操纵速度试飞对光电测试数据的完整性、直观性和准确可靠性等要求。

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题，从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差，提高稳定精度，保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型，分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响，设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer，NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control，SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明：此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性，对比无新型非线性扩张观测器的控制系统，证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应，在补偿非线性方面具有良好的效果，可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。