红外预警是利用目标与背景之间的红外辐射差异来获取目标信息,属于被动式测量。具有高灵敏探测、隐蔽性能好,不受目标低空飞行探测限制的优点。通过目标脱靶量测量、目标辐射特性分析、目标几何姿态判定等技术成为评估目标拦截打击效果的主要手段,是一个国家区域预警系统的重要组成部分。红外预警系统的通用跟踪平台(光电经纬仪)是一个包含垂直轴和水平轴的两轴转台。由于光电经纬仪结构形式的固有缺陷,在预警应用中存在着一些不足之处。首先,目标搜索的光学视场小,制约了目标的快速捕获性能。其次,目标跟踪存在一定的局限性,表现为单系统只能对唯一的目标进行跟踪并且目标过顶跟踪时存在盲区。此外,红外测量的帧频相对有限,机动条件下的测量精度不高。因此,无法满足一个高性能红外预警系统全时域、全空域闭合探测的需求。针对上述情况,本文将多负载伞状分布的思想与多层结构的理念有机组合,创新提出并构建一种新概念结构,这里称为“伞状级联式结构”的新型跟踪平台。旨在通过此新型跟踪平台固有的结构特点,结合红外多探测器测量、多任务模式规划、控制与信息优化处理等方面的研究,有效解决上述制约红外预警应用的瓶颈问题。论文首先阐述了新型跟踪平台的组成和工作原理,通过两层结构多模式并行操作流程的分析,揭示了采用目标动态扫描、多目标跟踪、分时曝光成像等方法实现目标全空域、全时域闭合探测的机理。针对目标过顶跟踪和机动测量时存在的问题,论文提出并重点研究了两种新的方法:第一种是基于“有差”控制策略的组合式跟踪方法。分析揭示了“有差”概念的本质与作用,根据多探测器伞状分布的特点,阐明利用多视场重叠实现目标跟踪切换的原理。该方法可以有效规避或减少目标过顶时的盲区。第二种是基于同步多图像源的平台姿态测量方法。其原理是通过建立平台姿态与视轴旋转的数学模型,结合新型跟踪平台多层结构的特点,从获取的多组同步图像参考源和空间目标指向信息中反演得到平台基座的两维姿态。详细分析了该方法的适用条件与测量精度,通过试验证明仿真结果的可信性。确定齿轮齿条式结构和液压缸驱动的新型平台俯仰跟踪机构。通过力学建模、有限元分析、模态响应分析、误差分析等方法对研究结果进行分析与仿真,定量评估新型跟踪平台的静力学特性、动态特性和定向精度。通过Solidworks建立了双层伞状负载结构的三维模型,在Adams输入环境下进行动力学仿真,详细分析双层机构间运动耦合对控制的影响。建立了基于俯仰跟踪机构的液压控制系统数学模型,根据系统预期的动态品质要求,分别进行了PID和滑模变结构两种控制器的研究。仿真结果表明采用基于指数趋近律的滑膜变结构控制,可有效克服受控对象外部非线性扰动和控制模型参数变化对控制的影响,进一步验证了以大负载、大功率为特点的液压控制方式对快变、灵活目标的跟踪可行性。最后研究了基于千兆以太网互连分布式控制的电子学实现方法。分析与试验表明采用二级树型拓扑结构的交换式以太网络和基于嵌入式控制单元的组态方法可以有效解决本系统复杂的信号传输与处理问题。