捕获、跟踪、瞄准技术被广泛应用在激光通信、激光雷达、激光定向等领域,然而传统的光束跟踪瞄准技术需要依赖复杂的机械传动装置实现,存在着结构复杂、体积庞大、能耗高等缺点,而光学相控阵(Optical Phased Array,OPA)技术能够快速、便捷、无机械的实现光束控制。近年来,随着制造工艺的成熟和发展,光学相控阵技术已经成为光束控制领域的研究热点,并应用于光束整形、光镊、光束偏转等领域。论文围绕液晶光学相控阵,对光束定向跟踪技术展开了全面、系统的理论和实验研究,主要包括如下内容:一、论文首先对光束跟踪定向技术进行了回顾,简要介绍了传统光束跟踪定向等系统中用到的几种光束控制技术,重点分析了液晶相控阵技术近几年的研究进展及其优势。二、从理论和实验上系统地研究了基于液晶相控阵的光束偏转技术。从波动光学出发,对液晶相控阵光束偏转进行了理论分析,以此为基础分析了电场边缘效应以及填充比对液晶相控阵光束偏转特性的影响。结合随机并行梯度下降(Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD)算法,利用基于泽尼克(Zernike)多项式的模式法实现了光束偏转。开展了基于多孔干涉原理以及基于模式法光束偏转的实验研究,国内首次将优化式自适应光学用于光束偏转。三、以液晶光束偏转技术为基础,建立了液晶相控阵光束定向跟瞄的系统。首先设计了跟瞄系统结构,结合控制理论,确立了跟瞄系统的传递函数模型。结合实验系统对目标运动模型进行了分析。采用非相干成像理论,对目标成像以及初级相差、大气湍流对目标成像质心定位的影响进行了分析。研究发现,倾斜以及大气湍流都会对目标质心定位造成比较严重的影响,实际中需要对其进行补偿,最后对跟瞄系统中存在的误差进行了总结。四、开展了基于液晶相控阵的光束定向跟瞄实验。先介绍了实验系统中涉及的图像处理及目标定位的相关算法,在静态条件下,结合目标特性,进行了光束扫描的实验。然后,开展了光束指向系统的实验,搭建了最大指向误差为57μrad的光束定向系统。最后,利用程序控制CCD相机以及液晶相控阵连续运行,实现了对目标的跟踪瞄准,该系统能够实现±22mrad视场内、角速度2.78mrad/s的匀速运动目标的一维跟瞄发射,能够实现±12.88mrad视场内、角速度为0.69mrad/s的匀速运动目标二维跟瞄发射。国内首次利用液晶相控阵技术实现了对目标的跟踪瞄准。