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。

提出了一种针对星间激光链路反射式光学天线的非高斯畸变模型, 利用该模型研究了波前畸变对系统瞄准偏差的影响, 并且与高斯型波前畸变所得结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明：对于高斯型和非高斯型畸变, 系统的瞄准偏差都会随着畸变范围的增大而增大, 随着畸变位置相对光束中心距离的增大先增大后减小。当畸变形状可以用其平均变化量来近似时, 随着畸变深度的变化, 瞄准偏差呈周期性变化趋势, 振荡周期峰值的包络与畸变形状有关；对于不能简单用均值变化量代替其形状的畸变, 随着畸变深度的增加, 瞄准偏差的变化不具有周期性。仿真结果显示:对口径为0.25 m的反射式光学天线, 当遮挡比为0.1时, 如果畸变范围超过0.01 m×0.01 m, 系统将会产生比较明显的瞄准偏差。

在远场大气环境下的激光瞄准过程中，大气湍流效应会造成光束的漂移和扩展，从而影响激光器的瞄准精度。本文基于修正的Von Karman湍流谱和部分相干光在湍流大气中的传输理论，设计了高斯光波经过大气湍流后的光场模拟软件，并在一定气象条件下，通过一种激光光轴瞄准偏差测试系统进行外场实验。该测试系统光束直径≤9 mm，接收部分为120 mm大口径光学镜头。研究了3 km范围内强湍流条件下光束的传输特性；结合实验数据，分析了在湍流大气中远场光传播时波束扩展对激光瞄准精度的影响。基于文中研究结果设计的瞄准偏差补偿方案可提高系统在大气能见度10 km范围内的瞄准精度。在激光传输距离＜3 km，斜程仰角为0~45°时，激光光斑偏移计算误差≤0.1 mrad。

提出一种针对外场真实环境下可见光、激光和红外多光轴瞄准系统瞄准偏差测试的基准光轴建立方法.采用精密大地测距、测角技术获得观测仪器站址坐标、基准光轴方向和靶标中心位置,通过对标定靶标上的中心点作测距和测角观测,并对基准光轴方向大气折射和地球曲率引入的误差进行改正,获得基准光轴、激光和红外系统在靶标上的精确位置.理论分析和实际测试结果表明,该方法具有理论严密、测量准确度高、工程上易于实现的优点,在2 km范围内基准光轴误差小于4.5″,完全满足多光谱多光轴动态瞄准偏差测试中基准光轴准确度的要求.

激光星间通信中捕获、跟踪、瞄准(ATP)技术是保障通信正常进行的关键一环,在完成捕获进入跟踪状态下,ATP的跟瞄精度是一个重要指标。然而,在实际系统中,ATP的跟瞄精度受到很多因素的制约,只能达到一定的精度。在这种条件下,信号光束发散角的选取对通信系统的整体性能影响很大。提出了影响光束发散角的三种因素,并进一步分析了在给定跟瞄精度的条件下,信号光束的发散角并不是越小越好而是存在一个最佳发散角,该发散角可以在满足通信系统指标的情况下,对发射端的功率需求最小。

提出并分析了基于Turbo码的大气无线光通信系统，针对大气无线光通信中的各种衰减和噪声分别进行了分析，通过仿真得出了特性曲线。比较了基于Turbo码的大气无线光通信系统与未编码大气无线光通信系统，发现Turbo码技术能够很好地补偿和克服各种衰减和噪声，提高了系统的抗干扰能力，使系统的性能得到了很大的提高。