对卫星激光通信跟踪系统的组成以及控制方式进行分析，总结精跟踪控制过程中时滞来源，对精跟踪系统时滞环节对最终跟踪精度以及稳定性的影响进行分析并通过系统优化提高精跟踪精度。在不损失系统功能的基础上通过优化程序处理逻辑精简精跟踪系统中的时滞环节，消除变长时滞、减少定长时滞，实现精跟踪系统时滞缩短，在此基础上提出一种鲁棒预估控制算法，减少定长时滞对精跟踪系统带来的不利影响。结果表明，精简时滞环节后精跟踪系统的跟踪误差与原来相比从4.1 μrad减少到2.3 μrad，采用鲁棒预估控制算法后，在匹配延时存在误差的情况下，跟踪误差从4.1 μrad减少到2.6 μrad，系统跟踪精度分别提升43.9%和36.6%。在精跟踪系统中采用鲁棒预估控制算法进行试验，精跟踪的跟踪精度可达1.9 μrad。

利用三维坐标变换矩阵的方法研究了捕获跟踪瞄准系统的精跟踪图像和角误差量随方位轴和俯仰轴的具体旋转变换关系,正确指导了精跟踪图像和角误差量处理工作,确保实现高精度稳定跟踪。

在星间激光通信中，精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位，定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度。为实现微弧度量级的测角精度，文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素，并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析，提出了定位误差的具体计算方法，最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度。研究结果表明，提高发射功率可以在一定范围内提高接收端信号的信噪比，减小定位误差，进而减小测角误差，提高测角精度。但定位误差并非随发射功率的增大而线性减小，当发射功率增大到一定程度之后，定位误差的减小有限，这时再单纯通过增大发射功率来提高测角精度代价将非常大。

基于量子导航定位系统的工作原理和过程,设计了其光学信号传输系统,分析了系统中的 部件特性及选型。在给定的相关参数及期望性能指标下,结合各关键部件的特性设计了光学信号 传输系统的具体实现方案,包括捕获跟踪瞄准系统中的光学天线、二维转台、粗跟踪探测器、快速反 射镜、精跟踪探测器及HOM干涉仪中的单光子探测器,为量子导航定位系统中光学信号传输系统仿真实 验平台的建立和硬件系统的实现,以及定位精度的进一步提高打下了基础。

快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）是光电跟踪系统中精跟踪的重要组成部件，FSM系统需要满足响应时间快，高精度以及抗干扰等性能要求。提高跟踪精度以及减小响应时间是快反镜系统需要解决的关键问题。本文提出了一种改进非线性状态误差反馈控制律的自抗扰控制器，在传统自抗扰优良控制效果的基础上，进一步改善了系统的动态性能和稳态性能。经过大量仿真研究，与传统自抗扰控制相比，该方法使系统的动态性能提升 80%左右，跟踪精度增加了 46%左右。

在自由空间相干光通信的精跟踪系统中, 利用光纤章动或快反镜章动探测角度误差具有降低损耗、简化系统结构等优势, 但这两种方法都需要引入机械运动部件。为此, 提出了利用声光偏转器实现无机械扫描的信号光角度误差的提取方法, 建立了提取角度误差的理论模型, 分析了可能的误差来源, 搭建了一套验证探测角度误差的系统, 测量精度优于1/10信号光发散角, 不会影响后续的相干解调。

卫星平台的振动是降低光通信链路可靠性的一个重要因素。提出在精跟踪系统中采用自适应逆控制方案来抑制卫星平台振动的影响, 从而实现对目标光通信终端的稳定跟踪。采用对象的自适应逆作为控制器来控制快速反射镜偏转, 以保证系统的动态响应品质; 采用自适应逆控制中的自适应扰动消除系统来抑制卫星平台的振动。实现了对象控制和扰动消除分开进行且不相互影响。仿真结果表明该控制律有效地实现了对输入的跟踪, 且能较好地抑制扰动。

精确的精跟踪系统模型为研究精跟踪的控制算法，找到影响其动态、静态性能的关键因素提供了重要的条件。设计了精跟踪辨识系统，该系统包括：快速倾斜镜、CCD、DA以及相关的电子设备。精跟踪模型传统上被认为是一个二阶系统，通过输入输出数据、模型类和最小二乘等价准则等一系列过程确定精跟踪的模型。为了评估该辨识方法的性能，将最小二乘辨识法得到的模型与传统的频率响应法得到的模型做比较。通过验证发现，两种模型的输出与实际系统输出的模型残差平方和分别为8.20和89.52，相关系数分别为0.98和0.95。结果表明，最小二乘法得到的精跟踪模型比频率响应法得到的模型更准确地反映出实际系统的特性。