跟踪高仰角运动目标有许多重要应用，但也有许多困难。本文主要从改变光电跟踪系统跟踪架结构形式入手来实现高仰角运动目标的快速高精度跟踪。跟踪架结构形式的改变可能引入的新问题有：跟踪盲区位置的不同、更复杂的结构设计、系统误差修正方法的不同、引导和测量过程的不同、跟踪目标时输入信号的不同、跟踪策略的多样性和复杂性等。针对多种可实现快速高精度跟踪高仰角运动目标的光电跟踪系统的新问题进行了分析、仿真或实验。 以典型的地平式光电跟踪系统为例，论述了光电跟踪系统的基本原理和提高光电跟踪系统跟踪性能的基本措施，分析了各部分由于跟踪架结构形式的不同存在的差异，总结出改变跟踪架所要面临的与跟踪精度和响应速度有较大关系的新问题。 地平式光电跟踪系统存在固有缺陷，快速高精度跟踪高仰角运动目标非常困难。从光电跟踪系统的跟踪架结构出发寻求解决高仰角运动目标跟踪问题的方法，并对多种跟踪架进行了分析、比较和仿真。指出了不同跟踪架的优缺点：极轴式在极轴上方存在跟踪盲区；规则X-Y双轴式在Y轴（俯仰轴）方向的地平面附近存在跟踪盲区，由于Y轴不能做的太长，该系统跟踪范围比较小；偏X-Y双轴式在Y轴两端存在比规则X-Y双轴式更大的跟踪盲区，对于距离较近的运动目标，偏距D对系统的跟踪精度影响很小，可以忽略其影响；三轴光电跟踪系统（规则三轴和偏三轴）不存在空间跟踪盲区，但系统结构和跟踪策略等比较复杂；在三轴光电跟踪系统尤其是规则三轴光电跟踪系统中，由于X轴（滚动轴）的转动范围有限，跟踪过顶目标的各种跟踪策略中很可能要面临一种具有视轴偏角的地平式跟踪方式，文中对视轴偏角的影响作了定量分析。 对于绕地心轨道目标和水平运动目标，偏三轴光电跟踪系统有两种精度不同的跟踪方式。分析和仿真表明：偏三轴光电跟踪系统对水平运动目标可以进行单轴跟踪且有很高的跟踪精度；对于最大俯仰角较大的绕地心轨道目标，偏三轴光电跟踪系统Y轴与目标轨道面平行时，其跟踪精度较高，可以高于地平式光电跟踪系统。 以地平式光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正方法（LSSEM）和球谐函数系统误差修正方法（GFSEM）为基础，提出并仿真了一种精度更高的神经网络系统误差修正方法（NNSEM）；并把这些方法加以改变应用到了X-Y双轴式光电跟踪系统中；从理论上指出GFSEM不能直接应用于三轴光电跟踪系统，在地平式光电跟踪系统GFSEM的基础上分析并提出了适用于三轴光电跟踪系统的伪球谐函数系统误差修正方法；NNSEM更适合于三轴光电跟踪系统Z轴（垂直轴）连续跟踪的情况。并给出了三轴光电跟踪系统的引导和测量方法。 三轴光电跟踪系统测量值与目标位置之间是多对一的关系，其跟踪策略具有多样性，从跟踪精度、响应速度、跟踪稳定性和控制复杂度出发，提出一种规则三轴光电跟踪系统的优化跟踪策略，即：在地平式光电跟踪系统天顶盲区外采用地平式或具有视轴偏角的地平式跟踪方式，盲区内采用三轴跟踪方式；在三轴跟踪方式中，Z轴在天顶盲区内保持匀角速运动，由Z轴转动速度判定盲区出入点。仿真证明该跟踪策略，尤其在盲区内具有较高的跟踪精度，且可以保证跟踪方式的平稳转换。