近些年来,随着目标探测、导航定位、火控系统、航空航天、空间光通信等技术领域的快速发展,对光电跟踪系统性能的要求越来越高,复合轴跟踪控制技术逐渐成为研究的热点,其优势主要体现在:它利用主系统和子系统配合工作,在保证工作范围的前提下,大幅度提高系统跟踪精度与响应速度。但在实际系统中,高的控制精度对系统传递函数辨识提出了高要求,传递函数模型精确与否将直接限制控制系统的设计效果;传统伺服控制算法难以同时保证系统的跟踪精度与响应速度,脱靶量滞后也严重影响了系统的跟踪精度;平台振动引起的视轴抖动降低了脱靶量的提取精度。为此,针对上述问题,本文在系统辨识技术、伺服控制技术、视轴抖动分析三个方面展开深入研究,提出了有效的处理算法,并设计完成基于双探测器的复合轴跟踪伺服硬件系统,验证了算法的可行性。具体工作如下:(1)系统辨识针对系统传递函数辨识问题,提出了基于改进差分进化算法的传递函数辨识方法,该方法通过对群体初始化、变异策略、变异因子和交叉概率等参数变量进行改进,提高了算法的全局收敛性能和参数寻优性能。所提出的算法辨识精度优于QPSO、DE、JADE算法及传统的时域和频域辨识算法。(2)伺服控制技术针对复合轴主系统,设计了基于电流、速度和位置的三闭环控制系统,在速度闭环模型的基础上,提出了基于自抗扰控制的位置环控制器设计方法,利用扩张观测器对系统存在的摩擦、不确定性因素进行实时地估计和补偿;针对电视跟踪存在的脱靶量滞后问题,提出了基于跟踪微分器的脱靶量预测方法,考虑到电视采样频率远小于主系统采样频率,对补偿结果做了进一步预测处理,从而有效地降低脱靶量滞后对跟踪性能的影响;针对子系统存在的滞后问题,提出了基于跟踪微分器的滞后补偿方法,利用微分器对快速反射镜位置信息进行超前预测,改善了系统的动态性能;提出了基于自抗扰控制的闭环控制方法,有效地改善了系统的跟踪精度。为了验证理论及仿真分析的正确性和有效性,搭建了基于双探测器的复合轴跟踪实验系统,利用动态靶标模拟运动目标特性,对运动目标进行了复合轴跟踪实验,实验结果表明:与传统PI算法相比,本文提出的伺服控制算法能有效地提高系统跟踪精度与响应速度。(3)视轴抖动针对主系统存在的视轴抖动问题,提出了一种图像模糊算法,建立了视轴抖动仿真模型,获得了不同抖动参数所对应的模糊图像仿真图,并搭建了视轴抖动实验装置,得到了视轴抖动造成的失真图像,通过和仿真结果相对比,进一步验证了图像模糊算法的正确性,为后续进行稳像处理及平台稳定装置的设计提供理论依据。