刚体姿态控制问题近年来取得了许多重大成果，在空间站控制、机器人控制、飞行控制等领域都有广泛的应用。本文也就光电跟踪系统的特点，采用四元数参数描述刚体姿态，解决了光电跟踪系统中的姿态控制问题。 本文首先给出光电跟踪系统基本框架，从而引出姿态控制问题。然后用单位四元数解决刚体运动学奇异性问题，从动力学和运动学两方面对目标进行全局描述，并结合李雅普诺夫第二分析方法得到基于误差四元数的姿态/速率控制器，从而使系统实现了全局、大误差跟踪。文中还就姿态运动的零动态、作动器饱和、参数不确定性以及鲁棒控制等问题作了详细阐述。 其次，为了实现光电传感器完成一定的作战任务，载机实现了典型的直线、圆周、螺旋曲线运动。解决了以往的设计中传感器平台的跟踪指令为正弦，阶梯或斜坡等典型输入，改善了系统的跟踪性能。载机典型航迹运动采用沿预定航迹飞行的误差量的比例和积分控制器设计方法。 最后，将刚体姿态控制理论应用于光电跟踪系统，结合载机做典型航迹运动。不仅验证了基于误差四元数的姿态/速率控制器的全局、大误差跟踪，解决了传感器平台跟踪指令的不可解析性，还缓解了作动器饱和现象。仿真结果表明控制器具有良好的动态跟踪性能，在光电跟踪系统及其他领域有很好的应用前景。