光电跟踪测量系统是进行靶场跟踪测量、航母舰载机着舰引导、辅助激光武器攻击、航天器发射试验等任务的关键跟踪测量设备。军事装备和航天工程的快速发展,对光电跟踪测量系统的捕获、跟踪能力提出了更高的要求。研究和提高光电跟踪测量系统的跟踪精度,是满足高速高机动性目标捕获、跟踪测量的保证,是保证高修正精度的前提,是高质量成像测量的必然要求,具有十分重要的意义。本文以具有可见光、红外、引导信息三种信息源的单台光电跟踪测量系统为研究对象,基于多数据源信息融合理论结合共轴跟踪技术,以提高伺服控制系统的跟踪精度为目的,对信息融合系统中的系统误差修正算法、跟踪滤波算法、状态估计融合算法进行深入的研究,具体研究内容如下:第一,分析了地平式两轴光电跟踪测量系统的结构与功能、伺服控制系统的跟踪方式。总结了复合控制的原理、实现形式及其对提高跟踪精度的作用。提出了多数据源信息融合理论结合共轴跟踪技术的控制方法,通过分析得出共轴跟踪信息融合系统所要完成的几项关键技术研究。第二,围绕系统误差修正过程中需要解决的几个关键问题展开深入的研究。在现有误差修正模型的基础上,针对系统误差中的非线性因素,提出了基于极限学习机的系统误差修正算法,进行仿真实验验证,结果表明本文所提出的算法能够抑制非线性因素的干扰,大幅的提高了修正效果。第三,分析了脱靶量滞后的成因及影响,针对脱靶量滞后非整数帧的问题,提出了两步随机时滞量测跟踪滤波算法,通过仿真实验与现有的跟踪滤波算法进行比较,结果表明本文所提出的算法能够有效的提高目标状态的估计精度。同时,针对光电跟踪测量系统实际工作中所面临的系统模型不准确问题,提出了两步随机时滞量测强跟踪滤波算法,推导出了两步随机时滞量测强跟踪高斯滤波器,并采用容积卡尔曼滤波器予以实现,仿真实验表明所提出算法能够进一步提高估计精度,具有更强的鲁棒性。第四,针对共轴跟踪信息融合系统展开研究。推导并分析了联邦滤波算法,详细研究了共轴跟踪信息融合系统的组成及实现方式。针对角度、距离量测值时滞特性不一致导致的跟踪滤波算法估计精确降低的问题,提出了两步随机时滞量测强跟踪序贯滤波算法。提出了异步非等间隔信息融合算法,有效的解决了多数据源采样周期不一致引起的融合周期长,融合系统精度下降的问题。通过仿真实验验证了共轴跟踪信息融合系统能够实现对目标角位置、速度的精确估计,与等效复合控制系统相比,进一步提高了伺服控制系统的跟踪精度。第五,将共轴跟踪信息融合系统全面应用在伺服控制系统中,利用现有设备构建了实验平台,分别进行了光学动态靶标和外场跟踪实验,并对光电探测器的平均滞后时间进行了测试。实验结果表明了本文所研究的共轴跟踪信息融合系统是有效的,提高了光电跟踪测量系统的跟踪精度。