本学位论文结合航空宇航科学与技术学科研究生教学基地实验室建设项目“中继系统星间链路天线指向控制系统教学与演示实验”,以我国跟踪与数据中继卫星系统为背景,对某型号用户星星间链路天线指向跟踪控制和复合控制理论进行深入的研究,研究内容主要包括以下几个方面:1.利用Lagrange方程建立了用户星的动力学方程,同时推导了运动学方程,并将这组动力学方程以矩阵微分方程形式表示,使之适用于姿态控制系统的设计和分析。然后利用奇异值bode图分析了用户星的动力学特性,为控制系统设计打下了良好的基础。2.推导出了适合于工程应用的星间链路天线跟踪中继卫星的跟踪规律,详细的论述了星间链路天线指向控制策略。对程序跟踪(PT)模式和自动跟踪(AT)模式下星间链路天线的运动规律进行分析,设计了梯形速度轨迹和螺旋扫描运动轨迹。最后对设计的天线指向控制系统进行了仿真验证。3.用户星复合控制系统的特点是在保证卫星平台高精度姿态稳定控制的前提下,实现星间链路天线的高精度指向控制。在设计好的天线跟踪指向控制系统基础上,采用前馈+反馈的复合控制策略设计了复合控制器,仿真结果表明设计的天线指向控制系统能够较好的提高星体的姿态稳定度和控制精度,天线能够快速回扫至中继卫星附近并进行跟踪,天线指向精度满足设计要求,表明了所设计的天线指向控制系统的合理性和有效性。4.基于xPC实时仿真平台,充分利用实验室条件,搭建了用户星天线样机在回路中的半物理仿真实验,将天线指向控制系统和星体姿态稳定控制系统联合起来,组成中继卫星复合控制系统进行近一步的验证。通过对半物理仿真实验结果的分析,验证了所设计的复合控制器的合理性和有效性。