针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题，设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报，并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差，并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明，水下平台接收到航行参数后，能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0.6 s内预测60 s内的轨道位置，误差小于350 m，对应的理论指向误差不超过0.51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角，得到系统的指向误差为0.77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间，为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。

与双探测型复合轴系统相比，单探测型复合轴系统具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，但它的控制解耦复杂程度是一大技术挑战。在激光对抗领域的高精度跟瞄系统中，控制解耦的复杂程度主要体现在粗精带宽的解耦匹配及粗精指向对准两个方面，文中重点突破技术核心难点之一——主子轴的对准关系转换问题，它的准确度决定了跟踪与瞄准的系统误差实时修正是否最优，直接影响到跟瞄精度。以两种常用的单探测型方式为例，阐述了单探测型复合轴系统组成原理，主子轴指向对准的重要性，并提出采用数据最小二乘拟合计算与专用仪器验证相结合的方法，实现高精度对准参数的确定。通过将解耦矩阵与控制器融合，实时进行粗精解耦控制来实现高精度跟瞄。外场试验测试和验证结果表明，该方法准确度达到系统要求，满足单探测型复合轴系统精跟踪优于2″的使用要求，并验证了单探测型复合轴系统能达到很好的跟瞄效果。

设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。

为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙, 改善FSM系统的指向精度, 设计了一种轴系间隙消除装置。在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上, 分析了FSM系统指向误差的来源。然后, 设计了轴系间隙消除装置, 计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定。最后, 针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试。结果表明: 该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度, 使其在方位方向提高约4.4倍, 俯仰方向提高约3.3倍。此外, 在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置, 不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度, 还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑, 从而进一步提高了FSM的承载能力。

为了适应车载平台恶劣的工作环境，设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器，并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后， 应用有限元分析方法，有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接，主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载，从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后，组建了伺服控制系统，并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示: 所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67 Hz，方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″，表明控制系统稳定实用，满足车载平台的应用要求。

望远镜指向精度是卫星激光测距系统的一项重要指标。分析了望远镜指向偏差产生的各种因素,提出了一种通过建立望远镜指向误差模型来修正望远镜指向误差的方法,建立了转台模型修正误差,并用实际观测值进行了验证。