高精度和强抗干扰能力为突出特点的光电跟踪仪成为当今世界高技术装备研究的重点之一。本论文在围绕保持和提高稳态精度的基础上,设计一种保证跟踪系统高精度跟踪的有效算法,进一步减小调节时间和超调,使跟踪的过渡过程更加平稳,从而提高光电跟踪仪的性能。本文首先分析影响光电跟踪仪跟踪精度的三大主要因素:外界扰动、硬件设计以及软件设计带来的影响,由于外界扰动条件的复杂性和硬件设计的难以跨越的瓶颈期,故从软件设计来寻求突破是一个有效的途径。通过对目前常见的光电跟踪系统中存在的问题归纳,并建立大量的数学模型对常用的集中滤波算法(例如正馈计算滤波器、最小二乘滤波器和α-β滤波器)的优缺点进行分析,从而引出一种新的共轴解算算法,该算法的核心是以控制系统当中跟踪回路的输入量为中心轴,通过优化此中心轴得出最优算法,从而提高跟踪精度。具体思路为:设计一个解算模块,该解算模块是综合了几种滤波器得出的,此模块的输入量为不稳定的瞄准横摇角和瞄准高低角,输出量为解算后的稳定的瞄准横摇角和瞄准高低角,将此输出量作为跟踪回路的输入量,完成跟踪功能,达到提高跟踪精度的目的。其次本文设计了一种基于共轴解算的舰载光电跟踪仪,并从结构设计,硬件设计和软件设计等多方面进行优化。结构设计主要针对跟踪座和跟踪头的机械性能进行优化设计,采用较先进的竖轴式的结构,选用了标准角接触滚珠轴承,横摇旋转变压器和横摇驱动电机采用与横摇轴同轴安装。硬件设计主要通过对光电跟踪仪的核心单元选型优化,以及控制器伺服控制系统和跟踪器伺服控制系统的优化设计,进而提高光电跟踪仪的数据采集、图像处理、信息反馈、系统响应时间的能力。软件方面主要在光电跟踪仪的伺服控制系统中嵌入共轴解算算法,建立系统仿真模型,对跟踪频率响应和跟踪角速度精度仿真,并与常规的光电跟踪仿真结果进行对比,得出结果满足提高精度的目的。最后在经过大量的数据采集、信息对比、数学模型建立、三维模型仿真,数据计算后,制造了一台样机,并装备在船上使用和测试,测试数据经过对比进一步证实了该共轴解算算法在提高跟踪精度时的有效性。