回顾了国外军队装备的四代光电瞄准吊舱的技术特点和发展历程，定义了光学口径和吊舱舱径之比（光舱比）作为衡量集成度的标准，重点针对第三代的Sniper XR ATP和ATFLIR两型采用共光路串联布局吊舱的探测系统进行了分析和正向设计：二者均拥有Φ150 mm口径，约1.5°×1.5°视场，在0.7~0.9 μm和3.7~4.8 μm波段的传递函数接近衍射限，前者为透射式前置望远系统，后者为离轴三反式前置望远系统，二者的结构布局为：前置望远系统置于吊舱前部压缩光束，通过光学铰链和快反镜将光束导入吊舱中，部分光进入各自的探测通道或激光发射通道。其中，类ATP的透射式前置望远系统可在汇聚光路中折叠形成俯仰/方位正交轴系并置于305 mm舱径内，光舱比约0.492；类ATFLIR的离轴三反式前置望远系统可在压缩后的平行光路中折叠形成方位/俯仰两个正交轴系并置于Φ330 mm的球体内，光舱比约0.455。作为对比，采用共光舱并联布局的第四代Litening 5和Talios吊舱探测系统将所有光学载荷和伺服框架平台置于吊舱前部的Φ406 mm球体内，光舱比约0.37，其并联共光舱设计架构的集成度较低。针对未来可能的升级要求，类ATFLIR吊舱比ATP吊舱具有更强的生命力，其采用纯反射式的前置望远系统可以更方便地增加波段和拓展功能。

针对无人机载光电吊舱总体设计过程中高效便捷地分配各测量模块的误差，以便确定最优器材选型方案的需求，提出了一种基于单纯形策略的改进麻雀算法，从多目标优化角度对小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题进行研究。首先根据小微型无人机载光电吊舱的特点建立坐标系，利用空间齐次坐标变换法推导目标定位及观瞄角测量模型；然后分析误差主要来源，建立观瞄角误差模型，基于蒙特卡洛模拟法进行误差分析；最后以观瞄角误差模型为基础，采用平均分配法、加权分配法以及改进麻雀算法进行误差分配，并对分配结果进行对比分析。仿真实验结果表明，载机偏航角误差和振动偏航角误差对观瞄角总误差影响最大，误差传递效率近似为100%，载机横滚角误差和振动横滚角误差对观瞄角总误差影响最小，误差传递效率仅约34%；改进麻雀算法的误差分配余量能够达到 $ 1{0}^{-8} $量级，与传统误差分配方法相比显著提高了分配效率，验证了基于单纯形策略的改进麻雀算法解决小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题的有效性。

光电吊舱在稳像和目标跟踪过程中存在摩擦力矩、不平衡力矩等干扰力矩，从而影响速度环响应精度；另一方面，吊舱视频跟踪器图像传输和处理造成的延迟也会造成跟踪滞后，因此必须进行延时补偿。提出基于预测跟踪的滑模变结构控制方法，采用微分预测跟踪器实现对视频跟踪器的延迟补偿，采用预测跟踪器估计出的目标运动角速率构成自适应补偿参数，以调整滑模变结构控制量，改进的滑模控制算法在补偿干扰力矩的同时抑制了抖振现象。仿真及实验结果表明：改进的控制方法能够有效补偿干扰力矩和跟踪器延迟造成的误差，相对于传统PID控制，其跟踪误差减小为原来的1/3，并且该算法已经在相关系统上得到应用。

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标，为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响，需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法，即在光电吊舱测漂阶段，通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量，测量出更加准确的陀螺漂移；在稳定控制回路中，通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离，并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量，从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明：通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果，稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°，航向角由0.77°减少到0.04°。