近年来,由于光电跟踪技术的广泛应用与发展,光电跟踪系统不仅应用在常规的靶场实验中,更扩展到了军事和民用工业等众多领域。随着车辆、舰船、飞机、卫星等新型测控平台的相继出现,对光电跟踪系统的要求变得越来越高,传统的地基固定基座光电跟踪系统已不能满足需求,光电跟踪设备开始走向机动平台。按载体的不同,光电跟踪系统可分为地基、车载、舰载、机载、星载、弹载等。相较于地基固定基座的光电跟踪系统,机动条件下对光电设备提出了更高的要求,机动平台在运动过程中由于位姿的变化或受到复杂环境的干扰,安装在机动平台上的光电跟踪设备会受到这些载体耦合干扰的影响,其不仅影响成像质量、造成图像模糊,还会影响跟踪器提取目标脱靶量的精度,导致跟踪性能下降。因此,光电跟踪系统要在载体和目标都在运动的情况下稳定跟踪目标,必须采取相应的技术隔离载体扰动,并且要求伺服跟踪系统应具有很强的动态抗扰能力,以保证视轴的指向稳定。由此可见,光电跟踪系统的视轴稳定问题是光电跟踪技术的关键,研究其具有重要意义,本文的研究正是致力于机动光电跟踪系统的视轴稳定问题。本文以视轴稳定技术为背景,自主设计搭建了一套基于双自由度云台控制的车辆动态目标跟踪系统,并提出了一种同时将载体运动过程中位置与姿态变化对视轴的影响均考虑在内的视轴稳定技术,并将其应用于系统平台上,验证其视轴稳定的效果。首先,本文介绍了系统平台的机械结构、硬件选型、软件架构与载体的机械运动。然后给出了系统的研究方案,利用坐标变换将机动光电跟踪系统跟瞄目标的伺服控制问题描述为视轴稳定和视轴跟踪的双任务问题,并给出了视轴跟踪的目标角度的计算方法,同时提出一种视轴扰动估计算法对车辆运动引起的视轴扰动进行估计,通过仿真验证了该算法的有效性和准确性。同时简要地介绍了本文中用到的目标检测算法。接着对双自由度云台系统方位和俯仰方向的脱靶量耦合进行了补偿解耦,使方位子系统和俯仰子系统可以独立进行设计。然后以方位子系统为例进行了系统建模与相应的控制器设计,采用了一种图像环加角度环的双环控制结构,以提高车辆运动过程中的视轴指向性能。其中角度环采用PD控制器以提高系统的响应速度并使其无超调,图像环采用PI控制器以提高系统的稳态精度。在此基础上,本文利用估计出来的视轴扰动估计值进行等效复合控制,根据Nehari定理设计了相应的前馈控制器,并通过仿真验证了其控制效果。最后,将本文提出的视轴稳定技术在搭建的实验平台上进行实现,并对跑车结果进行分析,同时对比了不同控制结构和不同车速下的目标视轴跟瞄误差,结果表明本文提出的视轴稳定技术在系统上有良好的视轴稳定效果,有效的隔离了车辆运动对视轴跟踪的影响。