为了在地面高精度评估激光通信终端对卫星平台扰动以及轨道姿态变化的适应能力, 研究了卫星扰动模拟技术和卫星随动仿真模拟技术, 据此提出了激光通信系统地面验证方案。首先开展了激光通信链路随动探测误差对系统随动性能影响分析、卫星扰振源特性分析及建模工作。其次, 分析了卫星扰动模拟和随动模拟的关键技术及解决措施。最后, 结合目前卫星激光通信及卫星平台技术水平, 利用典型数据开展了扰动和随动仿真, 完成了激光通信系统测试。实验结果证明: 基于双反馈环路的高精度光束瞄准控制能够大幅提高卫星扰动模拟器光束瞄准的控制精度, 光束控制精度优于0.1″; 采用高低频联合卫星扰动模拟设计方法, 实现了控制带宽优于1 kHz的高精度光束控制; 高精度随动系统在全卫星运行区域内对卫星光通信终端随动性能的检测精度可达0.1″。

在我国首次星地激光通信链路地面捕获实验初期，由于激光通信终端地面光机装调和整星安装过程中存在的系统误差，在瞄准过程中存在8 mrad的瞄准角度偏差，且平均捕获时间大于40 s，严重影响星地光通信链路捕获性能。基于此，利用立方棱镜坐标系为桥梁，建立了基于坐标变换的卫星本体坐标系与终端基准坐标系的修正变换矩阵，通过地面坐标系测量，最终对光束瞄准角度偏差进行了有效补偿。海洋二号卫星在轨实测结果表明，星地激光通信链路的瞄准偏差由最初的8 mrad减小为0.8 mrad，捕获扫描范围显著缩小，链路平均捕获时间由最初的40 s减小到小于5 s，明显优于国外同类型终端在轨实验性能，对卫星激光通信链路捕获性能的提高具有重大意义。

瞄准偏差和光束抖动，会导致光束到达靶面能量的损失，是光束瞄准系统中两个最主要的误差。分析了以高斯光束和高斯抖动为基础的光束在照明目标时产生的光回波信号的特性；在此基础上，搭建了实验室平台，实现了基于二维爬山法的光束闭环瞄准，讨论了光束抖动对光束瞄准实时性的影响，分析了不同抖动强度下光束瞄准的精度。实验结果表明：爬山算法无需已知目标和光束分布的任何信息，即可实现光束回波闭环瞄准，且性能优良；但随着光束抖动的增加，其瞄准所需回波信号样本增大，瞄准精度降低。

瞄准偏差和光束抖动是光束瞄准系统中的两个最重要的误差。对以高斯光束和高斯抖动为基础的光束瞄准目标时产生的光回波信号进行数学建模；结合极大似然估计算法理论，建立并完善了基于回波信号的光束瞄准误差估计模型；并编写程序实现了Monte Carlo模型仿真，搭建了实验室平台。仿真和实验结果表明，极大似然估计算法表现出了优良的性能，能够同时准确地估计出瞄准偏差和光束抖动，信号样本越大其估计精度越高，且实验结果和仿真结果吻合得很好。在此基础上，根据实时偏差估计实现了实验室光束闭环瞄准实验。

在北京同步辐射装置新建4B7B束线没有安装反射率计,且用户空间有限的情况下, 利用X光基准点还原的方法建立了一种Dante谱仪固定角度平面镜反射率标定方法。利用三光束瞄准方法完成了束线软X光基准重建, 通过准直方法实现了平面镜与X光之间的高定角精度, 并采取了相应的角度姿态监测, 最终在实验中得到的平面镜标定角不确定度为1.0 mrad。基于固定角度平面镜多次安装和朝各个方向转动后的标定结果, 获得了高精度的反射率曲线。

研究了深空光通信中的光束精确瞄准技术.从航天器和天体的运动规律出发,建立了一种基于航天器和地球星历表的深空光通信的瞄准理论,导出了瞄准矢量在航天器星上坐标系中角度,角速度,角加速度的变化规律,对两终端的相对运动进行分析,导出提前瞄准角和接收光波长多普勒频移的变化规律,进行了计算机仿真.结果表明,瞄准角度、角速度、角加速度、提前瞄准角呈现出周期性变化,在当前的技术水平下,在深空距离下能实现光束的精确对准.接收光波长的多普勒频移也呈现周期性变化,其大小在0.07 nm以内,决定了深空光通信中窄带滤光片的带宽应在0.7 nm以上,也表明在深空光通信中,采用相干探测方法将面临严重挑战.