随着现代战争形态的转变和我军装备由机械化向信息化的快速发展,针对无人机、武装直升机、巡航导弹等低、小、慢目标日益增大的威胁,能够实现隐蔽侦查和目标跟踪的被动式搜跟系统的作用越来越突出。课题研究对象是具备高速搜索和目标稳定跟踪能力的光电转塔类精密指向机构,其在搜索和跟踪两个方面均有较高的精度要求。本文围绕如何提高精密指向机构的稳速精度、稳像精度和目标跟踪精度等问题,对陀螺稳定光电转塔的速度估计、扰动抑制、目标跟踪等方面进行了分析和研究。论文的研究工作包含以下几个部分:1.针对以绝对式编码器为位置测量元件的指向机构,从原理上分析了位置差分速度估计的误差和变步长差分估计的缺点,运用基于运动学状态空间模型的卡尔曼滤波和自适应卡尔曼滤波方法,进行了含噪声位置信号的速度估计。仿真结果表明,与其他速度估计方法相比,卡尔曼滤波方法测速精度较高,加入滤波参数自适应后滤波效果进一步提升。2.针对精密指向机构稳速回路的高精度控制问题,对比研究了该回路中非线性PID和常规PID控制的控制效果,并进行了仿真验证;采用基于扩张状态方程设计的扰动观测器来对稳速回路中的周期性扰动进行观测和补偿。仿真结果表明,扰动观测器对低频周期性扰动有较好的观测能力,随着扰动频率增加,观测误差明显上升。3.针对陀螺稳像回路的设计问题,测试了所选用的光纤陀螺的零漂和随机噪声特性,采用低通滤波器进行陀螺信号的去噪处理,用扩张扰动观测器对稳像回路中的外界扰动进行了观测和补偿,提高了指向机构在动基座上的稳像精度。根据目标跟踪回路的滞后误差,分析指出目标脱靶量滞后和噪声是其主要原因。为了提高对运动目标的跟踪精度,设计了α-β-γ-δ预测滤波器用于脱靶量的预测和校正,仿真结果证明该方法可以根据历史点迹预测运动目标位置,补偿相位滞后。4.基于μC/OS-II嵌入式实时操作系统,对转塔主要任务进行了分析规划,确定了任务触发及任务间的通信方式,设计了控制软件的总体架构,简要说明了控制算法的程序实现方法。5.分析了某陀螺稳定光电转塔的硬件组成和工作模式,进行了稳速、稳像、跟踪等关键控制回路的实现和试验,验证了论文中理论算法和软件设计的有效性。