随着人类社会的发展，人们对信息量的需求日益增加，星间激光通信受到越来越大的重视。星间激光通信系统具有通信容量大、小型化、保密性好、能耗低和成本低廉等优点，但是星间激光通信终端在进行飞行在轨测试之前必须要事先经过一系列严格的地面检测验证试验。卫星相对运动轨迹光学模拟器是星间激光通信系统地面检测验证平台的关键组成部分之一，可以完成任意两个卫星之间相对运动轨迹的模拟，结合标准激光通信测试终端可以进行终端动态性能的测试。本文从以下几个方面对卫星相对运动轨迹光学模拟器进行了讨论： 1、介绍了卫星相对运动轨迹模拟器的基本原理，并且借助于坐标变换和矢量形式的折射定理推导出了精确的偏转角和方位角公式，利用旋转双棱镜系统的偏转角只和两个棱镜相对位置有关的特点，巧妙的获得了精确的控制关系，并提供了详细的步骤和实例，为模拟器的设计和使用打下了坚实的基础。 2、从卫星相对运动轨迹的实际情况出发，确定了模拟器的主要技术指标，提出了采用两对蜗轮蜗杆副驱动两个镜筒独立转动，从而带动两个棱镜旋转的方案。为了降低系统机械传动链的小周期误差，在设计时引入了一对阻尼马达，阻尼马达的引入可以消除蜗轮蜗杆传动过程中的间隙，从而大大提高系统机械传动链的精度。模拟器的驱动源采用进口步进马达，阻尼源采用力矩电机，还讨论该装置的装校和自检验方法。 3、从模拟器的实际要求出发，首先介绍了控制系统的总体设计方案，提出了控制系统的设计目标；然后着重讲述了控制系统参数的优化设计，采用遗传算法对控制系统进行了优化，并利用优化结果进行了轨迹模拟。在仿真的过程中引入了力矩扰动和编码器误差，通过分析发现所设计的系统是稳定、快速、准确的，能够满足卫星相对运动轨迹的模拟要求。在第六章中讨论了像差对星间激光通信系统相互对准误差的影响。为了解决中心遮挡系统的像差问题，引入了修正的Zernike多项式，修正后的多项式在圆孔平面上有正交完备集合。通过计算发现，不同像差的影响各不相同，有的像差只影响视轴的方向，有的像差只影响强度分布，同时有的像差既影响视轴的方向，又影响强度分布。 第六章中还研究了旋转双棱镜对入射光束形状的影响。通过讨论发现，旋转双棱镜对入射光束的变形只和两个棱镜的相对位置有关，和两个棱镜的绝对位置没有关系。和单个棱镜的情况不同的是：旋转双棱镜在有的方向表现出对入射光束的压缩，而同时在其它方向表现出对入射光束的拉伸。当两个棱镜的夹角为0度时，只存在压缩现象；当夹角为180度时，对入射光束的形状不产生影响。