惯性约束聚变（ICF）目前被认为是最有可能实现获得可控聚变能的一种方式，是人类探索解决未来能源问题的途径之一，是目前世界各国科学研究的前沿课题。ICF中激光光束与目标靶的耦合技术则是众多关键技术之一，目前用高精度光电仪器采用非接触的测量手段实现高精度的束靶耦合已经成为束靶耦合技术的发展方向和趋势。国外的低温靶的束靶耦合技术发展较快，取得了很多成果，但在打靶精度、效率和保持低温稳定性等方面存在很多问题。国内由于起步较晚，在这方面的技术积累还有一定的缺陷。本文在总结国内外在ICF实验中束靶耦合方面的研究现状以后，针对实验中存在的不同靶型定位方式不兼容，多光束、高精度的束靶耦合效率较低，以及新型低温靶靶型对束靶耦合系统温度场要求较高的问题，提出了一系列相应的解决方案。1、针对新型低温靶对束靶耦合系统温度场要求严格的问题，设计了束靶耦系统。对结构进行了优化分析，获得了更合理的结构参数，提高了系统的稳定性，并重点分析了照明系统对靶温度场的影响。2、针对多光束分环并行引导存在的光斑重叠，串行引导存在的效率低的问题，设计了一种串行采集，采集与处理并行的多光束快速引导方案，通过与传统串行引导方法的对比实验，验证了方案的可行性和高效性。3、为了解决多种靶型带来的不同靶型定位方式适应性难题，提出了一种新型的基于3D模型的靶的空间定位方案。利用靶的3D模型和虚拟相机观察的方法生成模板，利用基于形状的模板匹配方法实现靶定位。该定位方案能够适应不同靶型，在线生成数据库、实现靶的快速定位，而不需要进行离线标定。4、分析了束靶耦合系统的精度。通过各误差来源原理和传递方式进行深入分析，针对能够补偿的系统误差进行补偿，无法补偿的误差进行误差综合，获得了束靶耦合系统的耦合精度为8.38μm。