为了解决传统光电跟踪设备的跟踪性能测试系统参数调试繁琐、设备安装困难、靶标适用性差等问题，研究了基于机械臂路径规划的内场轨迹实现技术。通过规划六自由度机械臂的末端运动轨迹，设计了更加灵活、高效的跟踪性能测试系统。首先，对传统测试靶标系统进行分析，明确实现跟踪性能测试的数学模型；然后提出基于六自由度机械臂的新型技术方案，并分析了两种方案的差异性；接着通过靶标轨迹的坐标变换，根据传统动态靶标轨迹得到适用于六自由度机械臂的末端位姿参数，从而实现轨迹规划；最后，通过数值仿真验证了本文方法与传统方法的跟踪性能测试效果的一致性。仿真结果表明，两者具有相同的跟踪性能测试效果。相较于传统方法，采用机械臂的测试系统在参数调节、工具安装和靶标适用性上更具优势，完全能够满足光电跟踪设备内场跟踪性能测试的要求。

永磁同步电机具有运行平稳、惯量低、效率和功率因数高等优点,有效解决现有光电设备中直流电机的惯量大、需要维护等系列问题。介绍了永磁同步电机的数学模型简化条件,给出了一种基于磁场定向的空间矢量控制原理,推导了空间电压矢量SVPWM的实现算法,最后进行了永磁同步电机的空间矢量控制实验研究。实验结果验证了该算法的可行性,电机伺服系统能够进行无超调的跟踪控制,具有较好的动态性能和较强的鲁棒性。

针对多光电跟踪设备组网后出现的异步测量问题, 提出了一种异步分布式序贯目标跟踪算法。该算法由局部滤波器和融合滤波器构成, 先利用状态转换方法, 将多光电跟踪设备节点及其邻节点的异步测量对齐到融合时刻, 得到拟测量方程。随后, 利用射影原理对拟测量方程和目标运动状态方程构成的目标跟踪系统, 提出异步序贯局部滤波器来计算较为精确的局部滤波值。再以协方差交叉算法为基础, 提出基于扩散策略的融合滤波器, 对局部估计值进行融合计算, 来提高目标跟踪精度, 并降低组网后各光电跟踪设备节点融合估计值的差异程度。最后对所提出的算法进行了仿真实验, 以验证其有效性。

大型光电跟踪设备跟踪测量精度高、惯量大、视场小，不具备大空域搜索目标能力，一般依靠雷达等设备提供的引导信息发现捕获目标，当目标引导误差超出光电设备视场后，光电跟踪设备难于发现目标。提出了一种在引导信息基础上的小空域快速螺旋搜索方法，通过系统建模仿真和外场试验验证，此方法适用于在目标引导信息误差超出视场情况下，快速搜索发现目标。在引导误差不超出两倍视场情况下，此方法可使捕获目标概率从20%左右提高到70%左右。此方法搜索过程中转台运动平稳，可根据不同光电设备系统性能、实际目标运动特征和引导误差灵活改变螺旋搜索参数，大大提高光电跟踪设备目标捕获概率，是大型光电跟踪设备小空域快速搜索发现目标的一种实用有效的方法，具有很高的通用性。

为了满足光电跟踪设备车载后的使用精度要求, 提出了选用3条机械支腿来支撑载车的支撑方式。首先根据车载设备的位置布局和重量, 选用了两前一后的支腿安装方式, 然后分析了3种工况下副车架的受力情况。这3种工况为3条支腿全部位于平地、仅后腿位于斜坡和3条支腿全部位于斜坡。在三维仿真软件MSC.PATRAN中生成有限元模型, 在3点支撑状态下对模型进行变形仿真, 并综合分析了3种工况下的仿真结果, 以检验副车架的重复定位稳定精度。最后通过设计实验检验了副车架的重复定位稳定精度, 结果显示: 俯仰角的最大变化为0.2″, 方位角的最大变化为0.4″, 数据表明副车架的重复定位稳定精度满足使用要求, 证明选用3条机械支腿来支撑载车的方案合理可行。

光电跟踪设备与控制舱之间图像数据和控制信息的传输对光电设备正常工作是至关重要的。为了在实验室完成对光电跟踪设备的传输系统的模拟调试,设计了图像数据和附加信息的合成信号源。本设计基于CameraLink接口的相机,以Altera公司的FPGA为核心,配合CameraLink接口电路、附加信息的串口转换电路完成硬件设计;FPGA采用两个内部DPRAM配合工作,均使用不同读写时钟,通过控制读写使能和地址变换完成图像数据和附加信息的逻辑设计。结果显示系统在外同步信号控制下,正确完成信息合成,可由图像采集卡正确采集和显示。

为了提高光电跟踪设备测量精度, 设计利用集成化光电靶标, 对光电跟踪设备的多个参数的外场标校方法进行研究。标校涉及电视、红外、激光测距等多个部分, 采用像素分析的方法, 可以较精确地对光电跟踪设备的多个指标进行标校和误差修正,并给出了某些参数的修正结果。其多光轴平行性优于 0.2 mrad。外场标校贴近实际, 具有较高置信度。

为提高光电跟踪设备中数字视频图像信息的传输带宽，增强图像传输抗电磁干扰能力并减轻导电环配线工作量，开发了应用于光电跟踪设备的数字视频图像信息光纤传输系统。利用光纤传输抗干扰性强、带宽高等优势改善了数字视频图像信息的传输质量，增大了数据传输的容量。在发送端将并行的数字视频信息串行化，提供给光纤模块，电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端；在接收端光纤模块将光信号还原为高速的电信号，再经解串行化还原为原有的数据格式。场同步、行同步以及数据信息组合传输，经处理的时钟信号作为全局时钟单独传输。实验结果表明：利用光纤传输高速数字视频信息，图像正确，带宽达到1.25 Gbit，相机时钟频率可达62.5 MHz，数据传输延时为222 ns左右，最大为236 ns，时钟信号的边沿可对齐数据的有效位置。

为了保证大型车载光电跟踪设备的稳定工作，提出了一种跟踪架的隔振方法。采用空气弹簧加上电磁作动器实施减振，其电磁作动器采取差动布置方案，使电磁作动器的输出力与控制电流成线性关系。对几种控制方法进行了对比分析，选用绝对速度反馈控制，保证隔振基础对高频振动的隔振能力，同时避免低频振动时产生共振。最后，通过MATLAB进行仿真分析。仿真和实验结果显示，z向低频振动振幅已从5×10-5 m减至1.8×10-5 m，θx向低频振动振幅从2.2×10-5 m减至0.6×10-5 m，θy向低频振动振幅从2.0×10-5 m减至0.4×10-5 m，同时能够避免产生共振，表明采用绝对速度反馈主动控制方法可以起到较好的减振作用。

介绍了保证车载光电跟踪设备高精度工作的一种数学方法,在光电跟踪设备基座上安放双轴倾角传感器,实时检测基座的水平度,通过传感器显示的数值,把基座的水平度变化量解算到光电跟踪设备的水平轴和垂直轴上去。构建所需的数学模型,分析工作原理,求出了光电跟踪设备水平轴和垂直轴所需转动角度的公式。建立CAD模型,并结合有虚拟样机技术对模型进行仿真分析。有限元分析表明:这种数学方法可以保证车载光电跟踪设备的工作精度。