目标识别及跟踪技术是一门新兴的综合性交叉学科,包含自动控制、图像处理、目标识别、电子电路、伺服控制等多门学科,各学科技术的综合应用,其水平代表着一个国家先进科技的实力,将其应用在军事国防当中,有效的提高了武器的精度,具有很大的研究价值。本文的主要工作包括目标跟踪系统的图像处理、目标识别、系统建模、控制器的设计以及目标跟踪算法设计等,论文的具体工作如下:(1)目标跟踪系统的总体规划。介绍目标跟踪系统的基本工作原理,给出框架式导引头作为开发平台时系统的组成和总体方案,提出了设计指标,介绍系统各部分的工作过程,并对跟踪系统的工作流程进行描述,对系统各模块和传感器进行选型和介绍,设计各部分硬件电路,为系统进一步的研究提供了硬件测试平台。(2)图像的预处理与目标识别。学习图像预处理相关知识,介绍常用滤波算法,了解其各自的优缺点及适用的环境;学习相关的目标识别与提取算法,针对本设计选择的跟踪目标是比较单一的红外光斑图像,设计了适合本系统的目标识别算法。(3)系统的建模与控制器设计。根据系统的总体规划,对系统各部分建模,进而得到控制系统回路的传递函数,根据设计的双环控制回路,选择在通用PID控制器中加入高通滤波器,借助Matlab的PID Tuner对跟踪系统的速度环和位置环进行校正,并进行仿真验证。(4)图像的采集与实时显示。将摄像头捕获的数据实现VGA同步显示,方便对跟踪系统的调试及后期观测目标的运动状态。首先搭建硬件平台,编写驱动程序,对乒乓操作进行改进,重新设计SDRAM控制器,使用FIFO完成跨时钟数据的交互,保证数据流的连续性。经验证使用改进后的乒乓操作后,有效消除了由于时钟不同步带来的图像交错,稳定的完成视频采集及实时显示的功能。(5)系统的软硬件调试与实验。结合实验环境和设备,搭建硬件平台,调试硬件电路,规划控制算法在DSP当中的实现过程以及程序的工作流程,然后设计激光光斑在FPGA中的处理过程,最后通过对目标跟踪系统进行上电测试,分析实验结果给出改进建议。本文针对红外光斑作为跟踪目标的情况,设计并搭建目标跟踪系统,通过设计合适的跟踪算法,使系统的稳定性和动态特性都能够满足要求,光斑实测跟踪精度为±0.3°,达到了目标实时跟踪的效果。