使用空间目标光电成像技术的小型光电人卫跟踪仪作为我国地基空间观测的一种重要中小型仪器装备，主要执行对近地人造卫星的搜索、捕获、测轨、编目并实施监控等任务，这些卫星飞行在500km左右的高度，飞行角速度大致是恒星周日视运动速度的200倍。光电人卫跟踪仪的观测数据是对已知或未知轨道卫星进行定轨的重要参数。作为最常用的一种机架，采用地平式机架的人卫跟踪仪在观测天顶附近区域的目标时，由于方位转速过大而不能连续观测，存在一个固有的天顶盲区，特别是对飞行速度较快的近地卫星，这个盲区的影响是相当大的。这个缺点导致了地平式光电人卫跟踪仪的观测数据不连续，覆盖弧段减少，造成卫星精密定轨的不完善。由于流动观测的需要，也要求光电人卫跟踪仪体积小型紧凑、易于搬运，因此有必要发展一种新的小型光电人卫跟踪仪跟踪机架形式。本文推导了ALT-ALT（双水平轴式）跟踪机架光电人卫跟踪仪原理，分析证明了它在要求的跟踪区域内不存在观测盲区，对同一目标的跟踪角速度和角加速度比地平式机架跟踪仪小且平滑，可实现全天覆盖。为了方便应用，论文推导了两种常用的ALT-ALT坐标系（SN-ALT-ALT和EW-ALT-ALT坐标系）与时角坐标系、地平坐标系的坐标变换关系，ALT-ALT机架光电人卫跟踪仪在跟踪恒星时的角速度和角加速度公式，并对ALT-ALT机架跟踪仪和地平式机架跟踪仪跟踪天顶附近卫星时的情况作了比较分析。为了分析我们提出的摆动叉式ALT-ALT跟踪机架的力学性能，我们设计了ALT-ALT光电人卫跟踪仪的主要部件，包括主光路光学系统；空间转动轴和固定指向轴的驱动箱、反力矩箱；空间转动轴、固定指向轴的尺寸、支承和摆动叉臂的结构。推导了双反射镜式光学系统中镜筒和轴系变形对指向精度的影响公式。对影响仪器指向精度的主要因素：主镜筒和两个主要轴系做了静力<WP=4>学和模态有限元分析。证明摆动叉式ALT-ALT跟踪机架的叉臂具有近似等弯沉的性质，由于重力变形而引起的仪器指向误差很小，与地平式机架相比是一种非常有特点的机架形式。本文还简单分析了光电人卫跟踪仪的控制逻辑框图，并探讨了光流场算法与图像分割算法结合用于在复杂星空背景下自动识别、跟踪单个运动卫星目标的可行性与意义。在现在的控制系统中必须要求操作员的辅助参与，使用这种自动跟踪算法后，可以减轻操作员的工作负担、提高目标识别率。