光电跟踪装置是当今工程应用领域的研究热点之一。在光电跟踪装置中，图像处理系统和控制系统是影响其性能的主要因素，本论文主要围绕这两个方面展开。　　 论文对比分析了望远镜镜架结构及传动机构的特点，最终为300mm光电跟踪装置选择了地平式力矩电机直接驱动结构。在此基础上，提出了以NI运动控制卡7342为核心的全数字化伺服控制方案。研究了光电跟踪装置常用的控制方法，提出了变结构PID控制算法，仿真结果表明：该算法可以有效的解决当位置误差信号过大时传统PID控制算法出现的积分饱和现象。　　 对光电跟踪装置的图像处理系统进行了研究，设计了以CMOS图像传感器和DSP为核心的智能相机，该相机能够实时计算目标的质心位置，并将脱靶量通过RS-485送给伺服控制单元，从而实现对目标的跟踪。在跟踪窗口大小为550pixels×600pixels的情况下，相机帧频可达98Hz。　　 设计了全数字化的系统频率特性测试方案，利用测试的频率响应数据，进行了控制系统传递函数辨识算法的研究。分析了Levy法、Sanko法和Vinagre法的原理，并对它们的辨识精度进行了对比分析。结果表明，三种方法都能较好的辨识出传递函数的系数，其中，Sanko法的精度最高。