空间激光通信精瞄系统中压电式倾斜镜存在的迟滞非线性特性,不仅降低了精瞄系统定位精度,而且对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对该问题,提出一种基于PLAY迟滞算子改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)数学模型及参数辨识方法,利用该模型对迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。为进一步提高系统跟踪精度,在线性化的基础上,设计了静态输出反馈控制器,形成复合控制方法,并设计了激光通信终端精瞄系统实验,验证了该复合方法的有效性。通过对系统输入不同频率等幅和减幅正弦控制信号进行测试,结果表明,改进P-I模型最大拟合误差在1%之内,前馈模型逆补偿使压电陶瓷执行器(PEA)的线性度误差由5%减小到1%以内,复合控制方法系统跟踪误差降低了80%。

快速倾斜镜是星间激光通信终端精瞄系统的核心部件，其驱动装置为压电陶瓷执行器，而压电陶瓷具有迟滞特性，其严重影响了快速倾斜镜的定位精度，进而对星间通信链路的稳定性造成不利影响。为解决这一问题，本文设计了一种改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型对压电陶瓷执行器进行建模。在此基础上，提出了压电陶瓷执行器前馈线性化方法，以对迟滞特性进行前馈逆补偿。接着，提出了一种结合改进的 P-I模型与增量式PID算法的复合控制算法，并在DSP中实现了该复合控制算法。最后，在试验平台上对该算法进行了验证。结果显示: 当分别对系统输入10Hz和100Hz减幅正弦、等幅正弦曲线时，模型误差在0.59%以内，在输入同频100 Hz以下的减幅正弦曲线时，传统PID算法的最大误差为59.31 μrad，而该复合算法的最大误差为14.22 μrad。实验数据表明，本文复合控制方法的动态跟踪性能明显优于传统PID方法，改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型可以精确描述压电陶瓷的迟滞特性。本文设计的复合控制方法满足实际应用对快速倾斜镜的要求。

在入射光瞳面处针对星地激光链路中空间光至单模光纤耦合效率补偿特性进行了研究，依据星地下行链路特点，对星地下行链路光纤耦合效率模型进行分析。在此基础上，利用基于单模光纤后向传输模场为加权函数的加权孔径正交多项式，建立光纤耦合接收系统波前相位模式补偿理论模型，运用该理论模型，通过数值模拟对波前相位进行模式补偿，给出波前相位模式补偿下平均光纤耦合效率与接收孔径尺寸和相位补偿项数的变化关系，以及典型接收孔径下采取一定项数的波前相位补偿后光纤耦合效率概率分布，为基于光纤耦合接收方式的星地激光通信链路波前补偿系统设计提供一定理论参考。

针对输入光束抖动及卫星本体微振动对空间光通信系统跟踪精度的影响, 设计了模糊自抗扰控制器, 提出了对精跟踪系统进行控制的方法。首先, 建立了精跟踪系统模型, 对系统内外扰动进行分析, 并模拟了卫星振动信号。针对系统自身所受的扰动及输入光信号的不确定性, 设计了模糊自抗扰控制器。提出的控制方法通过扩张状态观测器观测卫星本体振动及系统未建模动态, 应用微分跟踪器提高系统动态响应性能, 并用模糊控制原理改进了非线性状态误差反馈控制律, 使其可以自适应调整比例和微分增益。最后进行了实验分析, 结果表明: 与PID控制方法相比, 模糊自抗扰控制方法在不同频率及幅值的输入信号下均能提高系统跟踪精度, 跟踪精度可以达到±8 μrad, 跟踪误差减小了50%左右。该方法基本满足空间光通信精跟踪系统对跟踪速度、跟踪精度及抗干扰能力的要求。