与微波通信相比,空间激光通信以激光为载体,在通信速率、系统体积、质量、功耗、安全性上都有着很大的优势。在空间激光通信系统的终端间建立并保持通信链路的过程中,需要快速、准确地进行光束的捕获、瞄准与跟踪,其中,入射光束相对接收天线的偏差角度高精度、快速测量对捕获效率、跟踪精度都起着决定性的作用。激光束经过长距离大气传输后,在探测器面形成的光斑图像信噪比低、光斑形状不规则,必须设计合适的光斑定位算法才能保障足够的光束偏差角度测量精度。首先,论文对空间激光通信中光束偏差角度和光斑在探测面上位置的关系进行了分析,推导了光斑目标能被探测器探测的最小信噪比,同时对探测面上光斑的定位算法进行了探究,提出一种针对CCD（电荷耦合器件）红外相机复杂噪声,利用光斑边界信息及光斑能量特性计算光斑中心的改进型窗口质心法,该算法可以提高光斑图像的信噪比,抑制窗口外噪声的影响,同时减少了运算量,较传统灰度质心算法能够显著改善定位精度。之后,为满足捕获与跟踪阶段的角度快速实时测量,基于FPGA（现场可编程门阵列）进行了图像处理及质心算法实现。FPGA直接对图像数据流进行实时流水线运算,FPGA处理单帧图像时间为2.056 ms,满足光束捕获及粗跟踪所需的实时性要求。最后,对质心误差进行测量分析,采用单点非均匀性校正方法对采集图像进行校正并去除坏点后,灰度质心运算的定位误差为0.0805 pixels,改进型窗口质心法的定位误差为0.0526 pixels,改进型窗口质心法较传统灰度质心算法具有更高的定位精度。