光电搜跟伺服系统广泛应用于机载侦察、导弹制导、要地防空等领域,它直接影响武器装备的侦察能力与打击精度。随着目标机动性能的提高,对光电搜跟系统的动态特性和跟踪精度都提出了更高的要求。论文以提高光电搜索跟踪的捕获响应速度和跟踪精度为主要目的,围绕光电搜跟伺服系统工程实践中的问题,分别从伺服机构的运动学和动力学建模及整体仿真分析、伺服系统带宽优化设计、跟踪回路多模切换控制方法、图像跟踪器与伺服控制的匹配、跟踪性能的评价等方面展开研究:1.分析了光电搜跟伺服系统的工作机理,推导了两轴稳定跟踪平台的空间运动学方程和牛顿力学方程,建立了伺服系统各组成部分的数学模型。为了从系统的角度来反映各种误差因素对光电搜跟伺服系统精度的影响,对机动目标跟踪的工作过程进行了建模和仿真研究,从而为光电搜跟伺服系统的各项性能指标确定以及后续控制问题的研究提供了参考依据。2.针对目标机动性带来的光电搜跟系统高动态性能要求,开展了伺服系统带宽优化设计研究。分析了传感器噪声、系统阻尼与机械谐振等因素对系统带宽的影响。应用Bode-Step方法对系统的带宽进行扩展,建立了较为系统的带宽设计与优化方法,为提高光电搜跟系统的伺服性能提供了有效手段。3.针对跟踪过程中多控制器切换时对系统控制瞬态特性的影响,对初值补偿(IVC)、复合非线性反馈(CNF)等几种切换控制方法进行了对比研究,提出了基于单参数对称调节的模式切换方法。应用该方法,阶跃响应的上升和稳态时间都较短,且超调较小,稳态误差小,可满足系统对捕获和跟踪的不同需求,实现捕获和跟踪模式的平滑切换。同时,为便于工程中的应用,推导了捕获跟踪调节传递函数的标准形式和转换方法;根据跟踪回路指标要求和系统结构模态不同,通过改变标准形式的截止频率,可快速得到所控对象的捕获跟踪调节控制器。4.提出了基于多率预测算法的伺服控制与图像跟踪器的匹配控制设计方法。在分析了图像跟踪器的噪声特性、滞后特性、低采样率对系统跟踪性能的影响后,针对图像跟踪器的统计特性不确定性噪声及滞后的影响,提出了一种基于两级Kalman的滤波预测补偿方法;针对跟踪器的低采样率的影响,结合跟踪回路的动态性和精确性设计指标,提出了一种便于工程应用的直接反馈输入多采样率控制器设计方法,有效改善了光电搜跟系统的动态品质。通过将二者有机结合,提出了基于多率预测算法的伺服控制与图像跟踪器的匹配控制设计方法。5.研究了伺服跟踪性能的评估方法与指标。首次将随机灵敏度函数用于光电搜跟系统的性能估计和评价中,提出了图像跟踪伺服系统性能评估的指标参数:随机直流增益参数、随机带宽比和随机谐振参数,应用这三个指标参数可区分由于伺服系统性能的影响而产生的跟踪误差的不同原因,对于此类跟踪系统的性能评估和设计均有指导意义。