针对三轴光电跟踪系统对空间目标捕获方案的设计问题, 首先分析了影响三轴光电跟踪系统捕获空间目标存在的误差源并对主要误差进行了误差估计, 即轨道预报误差和三轴指向误差。接着建立了主要误差到不确定区域(Field of uncertain, FOU)的误差传递关系, 利用所建的传递关系计算出了不确定区域, 并根据不确定区域的大小、形状以及分布类型设计搜索扫描方式。以不确定区域形状为椭圆且服从二维正态分布为例, 设计的搜索扫描方式为分行螺旋扫描。最后对该扫描捕获方法进行了数值仿真, 验证了该方法的正确性。经过仿真计算, 在捕获概率为98%的情况下, 目标的平均捕获时间为10.52 s。该方法为三轴光电跟踪系统捕获空间目标提供了一定的理论基础。

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分，是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究，给出初始系统指向系统模型，应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法，根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机飞机动态演示实验中，应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数，实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10 mrad，与理论分析结果基本一致。

针对空地激光通信系统, 推导了复合光栅螺旋扫描捕获方法所需的最大捕获时间、平均捕获时间和捕获概率的计算公式, 建立了捕获性能仿真模型, 分析了捕获时间和捕获概率的关系, 以及空中平台的相对速度对捕获系统的影响和抑制方法.仿真结果表明, 当通信终端的捕获不确定区域为50 mrad, 扫描重叠因子为0.12时, 捕获探测器的信噪比大于6时, 空地激光通信系统总的捕获概率优于95%, 最大捕获时间约为36 s, 平均捕获时间约为12 s.

文章提出采用 GPS（全球定位系统）坐标解算和蜂窝螺旋扫描来实现空间光通信ATP （捕获、跟踪和对准）系统初始捕获的方法。首先由通信两端的 GPS坐标计算出光学天线的方位角和俯仰角，光学天线根据计算的角度值大致对准信标光的方向，从而缩小了信标光捕获的不确定区域。然后在不确定区域内执行蜂窝螺旋扫描，从而将信标光引入粗跟踪CCD（电荷耦合元件）的视场内，实现初始捕获。通过地面捕获实验验证了上述方法的有效性。

提出了对飞机-地面间激光通信系统天线视轴进行初始对准的方法。论证了系统的硬件组成和算法原理,对实验数据进行了分析。应用GPS、INS等器件测定通信双方的位置、姿态等参数,通过坐标转换矩阵解算了通信双方互指的方位角和俯仰角。给出了距离为12.5 km两个通信点上的模拟初始对准实验数据,实现了视轴初始对准,确定了捕获不确定区域大小为35 mrad。实验表明,该系统可实现通信视轴初始对准,为天线扫描打下基础。

提出了一种有效控制光学表面中频误差的方法--确定区域修正法.给出了确定区域修正法的基本思想和工作流程,并基于最大熵原理对抛光盘运动参数进行了优化选择(行星运动方式转速比为-1或0,偏心率为接近于0但不等于0).最后,在Φ100 mm K9玻璃平面镜上进行了抛光对比实验.实验结果表明,应用确定区域修正法,在1.5 min内可使0.28 mm-1频率误差对应的PSD值从14.76 nm2·mm下降到3.70 nm2·mm,有效地控制了光学表面的中频误差.与其他方法相比,确定区域修正法的突出优点在于其确定性和高效性.