海洋以其丰富的矿产、生物、油气资源及战略地位,日益受到产业界和学术界的重视,水下通信已成为海洋的开发、利用以及环境检测与保护不可或缺的重要技术。水下无线光通信相较于传统的水声通信,具有带宽大、速率高、延时小、保密性好以及设备复杂性低等优点,近年来引起了人们的广泛关注。在水下无线激光通信中,对通信激光的光束进行稳定有效的捕获、瞄准和跟踪（Acquisition Pointing Tracking,APT）是进行水下激光通信的关键技术之一。由于目前成熟的APT系统主要应用于空间激光通信,设备庞大、复杂笨重、价格昂贵,难以直接应用于水下激光通信中,因此,本论文针对水下激光APT系统的设计和实验展开研究,主要完成如下工作:（1）光斑运动目标检测算法研究。基于水下高斯光斑模型,将经典的实时运动目标检测算法应用于水下激光光斑检测,包括帧差法、背景消除法、Vi Be算法和LK光流法,并对LK光流法进行了适应性改进。（2）光斑目标跟踪算法研究。应用并分析了传统的Mean Shift算法、ASMS算法、STRUCK算法和KCF算法的性能,针对水下复杂环境引起光斑目标运动过快的情形,提出了Kalman滤波算法与ASMS结合改进的光斑跟踪算法——MASMS算法,并与上述几种算法进行了性能比较分析,结果表明,MASMS算法跟踪光斑的中心位置误差、准确率、成功率等性能均优于其他算法。（3）根据系统软硬件具体需求,完成闭环控制系统软硬件的设计。硬件包括STM32F103系列单片机控制电路和基于惯性传感单元的稳定控制电路;软件方面则包括光斑捕获扫描算法设计、PID控制算法设计以及Qt上位机界面软件设计。（4）将APT系统各个模块级联,进行功能测试。系统主要包括二自由度旋转云台、CCD相机、伺服控制系统软硬件、水箱实验平台等部分,完成了APT系统的功能实现,并在三种不同的背景光环境下进行了系统技术指标的测试。