目标跟踪是光电测量系统的一个关键技术,而天空背景下的扩展目标稳定跟踪技术则是其中的一个核心问题,广泛应用于实际场景中,其研究对于目标跟踪领域的技术发展具有重要的意义,同时也具有重要的实际工程应用价值。虽然目前国内外已有一些经典的算法提出,但是在实际应用中仍存在许多问题。为了提高扩展目标的跟踪稳定性,需要研究一种对这些情形具有普遍适应性和鲁棒性的算法。本文首先分析了现有算法的原理和缺陷,然后结合天空背景下扩展目标稳定跟踪实际项目中需要解决的问题,进行了深入研究,并提出了能实现扩展目标稳定跟踪的新颖,且适应性较高的算法,主要研究内容有:对天空背景下的扩展目标图像特性进行详细研究,分析和总结了天空背景下扩展目标跟踪需解决的问题和存在的主要难点。研究了扩展目标常见图像特征,并分析了常用的基于局部特征的扩展目标跟踪方法存在的问题。深入研究了广义Hough变换的原理和优缺点,并深入研究讨论了基于广义Hough变换的扩展目标跟踪方法。实验表明,该算法对研究扩展目标稳定跟踪具有一定的价值。针对扩展目标跟踪过程中存在的旋转、尺度变化和目标部分区域超出视场时引起的漂移问题,分析了基于广义Hough变换的扩展目标跟踪方法的优缺点,提出了结合ORB特征点匹配和广义Hough变换的扩展目标跟踪点提取方法。实验证明,该算法对较小程度的旋转、尺度变化,以及目标部分区域超出视场的情况可以较大程度的减小漂移。在此基础上,深入研究了GMS算法的原理,并提出了基于GMS和广义Hough变换的扩展目标跟踪点提取方法。实验证明,该算法对较大程度的旋转和尺度变化具有更强的适应性。针对扩展目标跟踪过程中所面临的光照变化、云层干扰和目标姿态变化引起的自遮挡等情况带来的跟踪点漂移与抖动问题,提出了基于局部和全局耦合的扩展目标稳定跟踪点提取方法。实验表明,该算法对目标的旋转、尺度、光照、自遮挡、云层干扰,目标部分区域超出视场等变化都具有较高的鲁棒性,而且提取出的跟踪点具有亚像素精度,大幅提升了扩展目标跟踪的稳定性。针对工程实际中天空背景下的扩展目标飞行序列存在由清晰变模糊,或由模糊变清晰的情形,设计了自适应扩展目标稳定跟踪点提取方法。通过计算目标的无参考结构清晰度衡量目标的模糊程度,进而选择相应的算法提取跟踪点跟踪目标,实验结果表明,该方法可以较好的满足实际需求。