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空间激光通信系统有很多的优点,如体积小、通信容量大、保密性好、抗干扰能力强等,从而成为近年来研究的热点。通信的前提条件是建立快速稳定的激光通信链路,但是由于激光的光束非常窄,点对点通信难度大且受到通信信道中干扰因素的影响,使得对光束的捕获、对准及跟踪(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)工作显得尤为重要,主要工作如下:1、论述了 APT精跟踪系统光斑位置检测单元常用的三种器件、光斑位置检测性能影响因素以及基于高斯分布的中心定位算法。研究了使用卡塞格林望远系统作为光学天线,在四象限探测器光敏面上形成环形光斑时的检测误差问题。推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径间的数学模型,并对其进行仿真分析。提出了环形光斑误差补偿算法来克服光斑中心遮挡导致的位置检测误差。2、设计了基于四象限探测器的环形光斑位置检测实验系统,验证了卡塞格林光学天线副镜遮挡下的环形光斑遮光比问题和环形光斑误差补偿算法的正确性,搭建了系统实验平台,包括硬件结构平台和软件环境平台。3、设计了精跟踪实验系统中采用的PI控制算法,但由于PI控制算法下的系统跟踪精度较低,进而针对以PZT振镜为执行机构的APT精跟踪系统,设计了具有强鲁棒性的滑模变结构控制器,并使用MatlabSimulink进行仿真分析,对比了 PI控制器和滑模变结构控制器对跟踪系统的控制效果。结果表明:选择主副镜之比合适的卡塞格林光学天线或选择合适的光斑半径,当环形光斑内外圆半径之比为30%时,四象限探测器的工作线性区间最大,非线性误差最小,且使用提出的环形光斑误差补偿算法可以对检测误差进行补偿。对精跟踪控制系统设计后,通过数值仿真分析表明滑模变结构控制器在快速性和抗外界干扰性能上都优于PI控制器。