近年来,随着航空航天事业的快速发展,在空间激光通信等一些特殊系统中,为了实现对目标的精确定位、跟踪,对测量技术提出了很高的要求。光电编码器作为一种高精度测量设备,在这些系统中能够精确地输出位置和速度信息。但由于其机械结构的特殊性和传统译码电路的局限性,当环境因素十分恶劣时,编码器可靠性往往很难保证。本文根据空间光通信的实际需要,对光电编码器进行了信号补偿和故障诊断两个方面的研究。首先,根据实际中选用的光电编码器,对其工作原理进行了详细阐述,从机械结构的角度分析了轴系对编码器精度的影响。其次,对传统的光电编码器译码系统中存在的常见问题进行了改进,完成了新型译码系统的硬件设计和软件编写,并对其性能进行了测试,经调试能够实现23位无跳码。同时,深入研究了影响光栅信号的关键性指标。从等幅性、直流漂移量、正弦性和正交性四个方面进行了定量分析,并对造成的各种误差提出了相应的补偿方法:通过利用译码电路实现对幅值偏差和直流漂移量的自适应补偿,用神经网络自适应滤波器来消除谐波信号,对正交性偏差利用信号点积测量及相量校正的方法来完成补偿。经过仿真调试,有效的改善了光栅信号的质量。再次,考虑到现有光电编码器的码盘大多是玻璃材质,当受到震动等因素影响时,容易出现破损。针对此问题提出了一种基于希尔伯特-黄变换的码道故障辨识方法,通过仿真测试,该方法可以检测出各个码道是否发生故障。最后,根据获得的故障信息,如果只是某一段码道损坏时,可以利用相邻码道之间的函数关系,用好的码道推算出故障码道信息;如果码盘多处损坏时,根据绝对式和增量式光电编码器工作原理,设计出只利用好的码道来使编码器工作,这在一定程度上提高了光电编码器的可靠性。