激光武器系统一般要求跟踪精度小于波束角的1／5～1／6，跟踪精度达到角秒级。在这样的高精度下，大气抖动等的影响将是不可忽略的，一般光电测量系统中的大惯量单轴跟踪架由于结构谐振频率的限制，不可能有足够的带宽对其进行校正，于是引入复合轴概念，即在大惯量机架上装一个高低方位均可微动的高带宽快速控制反射镜，构成主子系统的跟踪模式。子系统可以修正主系统的残余误差，从而实现角秒级的跟踪精度。 本文首先进行了复合轴基本理论的分析，阐述了复合轴提高跟踪精度的原理，论证了主子系统的带宽比对系统的影响，并得出结论，主子系统的带宽比越高，子系统克服主系统残余误差的能力越强，复合轴系统的跟踪精度越高。以此为中心本文展开了主子系统的设计。 针对主系统，本文分析了各种噪声源及其与主系统带宽的关系，并据此完成了对主系统控制参数的设计。针对传统控制方式在低带宽下跟踪误差大、稳性差的缺陷，本文提出了在主系统采用等效复合控制和同轴跟踪，在0.5Hz带宽下实现对速度加速度分别为30°／s和10°／s~2目标跟踪误差小于18的平稳跟踪，并同时降低主系统产生的高频随机噪声的控制方案。介绍了等效复合控制和同轴跟踪的基本原理及其关键技术——卡尔曼滤波预测技术，并专门针对极坐标下卡尔曼滤波技术的相关问题，如状态变量和初值的选择、目标运动模型、系统噪声和量测噪声的统计特性、滤波器稳定性等进行了详细的分析。建立了等效复合控制和同轴跟踪的仿真模型，详细论述了卡尔曼预测误差对系统稳定性和控制精度的影响、两种控制系统随机噪声的变化，并通过仿真验证了两种方案对提高跟踪精度和降低主系统噪声的有效性。 针对子系统，分析了子系统带宽的限制因素，在充分保证子系统稳定性的基础上完成了子系统的设计。分析了子系统对随机误差的抑制能力，并进行了仿真验证。 最后对本文提出的理论和方法进行了实验研究，实际证明了本论文理论分析的正确性和工程应用的价值。