针对空间激光通信组网各网络拓扑节点高度动态、通信链路搭建困难的问题，在现有“一点对多点”组网光学原理基础上，对其反射镜光学天线伺服性能进行研究。通过实验对针对反射镜的基于位置环和基于速度环的两种不同的光闭环控制策略进行对比，结果显示：基于速度环的光闭环策略在跟踪换向时会出现瞬间较大误差抖动，而基于位置环的光闭环策略的跟踪误差在换向时更加平稳，且误差较小。利用Matlab平台进行了基于速度环的光闭环跟踪仿真，仿真得到的跟踪误差与实际跟踪误差基本一致，但并无较大的换向误差。结合低速启动实验，得出结论：该误差来源于速度环较差的低速启动性能，通过增加位置环降低换向跟踪误差的方案适用于轴系谐振频率较高的光机系统。实验还对位置环跟踪下的速度前馈进行了研究，结果表明：前馈增益从0到2递增时，位置跟踪误差先减小后增大，跟踪误差最小值出现在增益值为0.95~1.05附近。

为了克服自由空间光通信系统中大气湍流、机械平台振动等因素的影响,提出了一种基于峰值功率反馈结合快速反射镜的章动耦合方案,并搭建了章动实验平台。通过快速反射镜引入一定频率和幅度的正弦扰动进行动态跟踪实验,结果表明,在跟踪状态且耦合效率不低于55%时,系统的最大耦合范围能达到1.1 mrad。同时设计的跟踪算法可以很好地校正大幅度扰动,使探测器接收光功率的均方误差由开环时的9.91%降低到闭环时的0.81%。测试了系统在不同信噪比下的章动耦合效率,结果表明,耦合效率随信噪比的降低而降低。

阐述了激光雷达系统中脉冲整形电路的作用,设计了基于恒比定时法和基于脉冲峰值检波法的脉冲整形电路,在实验室及室外条件下对两种脉冲整形电路的性能进行分析,验证了不同脉冲整形电路在激光雷达系统中的性能。结果表明,恒比定时电路与峰值检波电路都拥有亚ns级的时间鉴别能力,恒比定时电路的时间鉴别能力受距离、回波脉冲幅度影响很小,检测精度仍需继续优化。本研究为激光雷达系统的测距精度优化提供了参考。

阐述了空间光到单模光纤耦合原理,设计了基于快速反射镜结合光纤光电探测器的章动耦合算法,在LabVIEW环境下仿真了光纤端面章动的动态跟踪过程,并进行了激光章动系统耦合实验,实现了静态条件下59.63%的耦合效率,进行了1.65 GHz码速率的视频传输演示与扰动实验,验证了章动耦合算法的有效性与可行性。通过实验与仿真数据结果,分析了章动算法参数中章动半径、收敛步长与章动单周采样点数对耦合性能的影响。结果表明,在光纤端面当章动半径从0.1 μm增加到2.5 μm时,耦合效率与耦合稳定性下降,耦合速率无明显变化,但章动半径过小会导致收敛角度识别误差增大,降低耦合速率;当收敛步长从0.1 μm增加到2.5 μm时,耦合效率与耦合稳定性下降,耦合速率上升;当章动单周采样点数从100减少到5时,耦合效率与耦合稳定性无明显变化趋势,但由于采样点数过少,收敛角度分辨率降低,耦合速率明显下降。