三维支架作为跟踪系统的主要部件，其由三环组成，可以在三个方向自由旋转。关于其测角仪的研究，在军事方面有非常重要的意义。其垂直度是目标跟踪系统定位精度的一个重大影响因素。三维支架测角仪是一套自动化的精密电控测试设备，用于三维支架三个框架轴垂直度的测量，确定稳定平台状态下三维支架的框架零位，内环、中环角度传感器的比例尺，外环框架轴与镜筒轴的夹角，以及内环、中环倾斜角度。本论文首先对三维支架测角仪的结构组成及工作原理做了简单介绍，交待该研究成果的重要性和必要性。测角仪由稳定平台、光电自准直仪及三维支架测控仪三部分组成。正文部分详细阐述了光电自准直仪的光学系统设计，给出像差分析，对其整体及主要部件的结构设计进行了详细的阐述。图像处理部分包括校准分划板刻线的检测及光斑中心的定位。分划板刻线为间距相等的两对刻线，必须对其图像进行必要的多步处理才能精确检测到其间距，以用于后期CCD的矫正。考虑到光斑为激光束在CCD上的投影，在外部反射镜偏转角度较大的情况下，其必然存在一定的形变，而不是严格意义上的正圆，且激光器光强较大，CCD上光斑大部分像素出于饱和状态，故采用高斯拟合亚像素定位算法。定位之前用垂直投影法对次光斑及光斑拖尾进行处理。文章最后对系统自身及工作环境引入的误差进行了定性及定量的分析，并提出相应的改进措施，排除干扰使得系统更高质量的工作，从而得到更精确可靠的测量结果。