为了保证移动地面站光电跟瞄系统在野外复杂环境下具有稳定的跟踪精度, 针对-20~40 ℃宽工作温度范围下信标接收镜头成像光斑弥散的问题, 进行了光学系统与光机结构的设计, 提出了一种以步进电机驱动补偿镜组的温度补偿方案。分析了极限温度条件下光学系统性能的改变以及不同温度补偿方案的效果, 针对光电跟瞄系统的指标要求, 设计了光机结构并进行了力学、光学性能的分析。分析结果表明, 系统一阶模态为370 Hz; 补偿镜组向前移动0695 mm能够补偿-20 ℃时光学系统成像光斑的弥散, 令中心视场光斑尺寸由73 μm降为32 μm, 边缘视场光斑尺寸由77 μm降为157 μm; 向后移动0885 6 mm能够补偿40 ℃时成像光斑的弥散, 令中心视场光斑尺寸由94 μm降为39 μm, 边缘视场光斑尺寸由96 μm降为218 μm; 使用ZYGO干涉仪对光学系统的像质进行检测, 波像差RMS值(均方根值)为0061λ(λ=6328 nm), PV值(峰谷值)为0466λ, 能够满足跟瞄系统指标要求。

根据激光通信及共口径技术基本原理,对共口径自由空间激光通信光学系统的参数进行了分析,并设计得到了一套离轴式共口径激光通信光学系统。系统光学天线采用离轴两反结构,有效通光口径为160 mm,光束压缩比为10∶1,跟瞄系统采用无焦望远结构,最大跟踪视场为±1 mrad,最佳跟踪精度为2 μrad。利用Zemax软件对系统进行了光线追迹和性能分析,结果表明系统性能优良,波像差优于0.1λ(λ=632.8 nm),并且结构紧凑,公差合理,装配简单,能满足实际应用的需求,对实现中地球轨道(MEO)自由空间激光通信具有一定的工程意义。

为了提高机动车载跟瞄发射系统的瞄准精度，提出在其发射光路中引入快速反射镜来修正发射激光的方向。研究了快速反射镜激光指向修正量和粗红外跟踪脱靶量以及反射镜空间实时绝对角度的关系，结合激光发射光路和红外跟踪光路的结构特点，提出了将船摇坐标变换理论应用到快速反射镜激光指向修正量的解算中。建立了快速反射镜激光指向修正量与粗红外跟踪、快速反射镜空间位置的关系，并通过MATLAB编写了M函数，建立了SIMLINK仿真模型。基于仿真模型得出了激光指向修正量与快速反射镜转角的关系数据以及在快速反射镜工作范围(± 6′)内的简化公式。试验结果表明: 该解算算法正确，解算精度较高，最大静态解算误差为2.9″; 载车在三级公路上以20 km/h的速度跑车时，激光指向的控制精度为方位角11.65″、俯仰角15.38″，均满足项目指标要求。

通过设计正交偏振光信标器, 实现了空间信标姿态的单光路传递, 为星地量子光链路的建立提供了条件.通过分析光学器件, 尤其是镀膜器件中偏振信标光的传递特性, 仿真分析不同入射角、旋转角条件下, 出射信标光的偏振模式.分析了由光学器件引入的位相差和不同反射率、透射率对偏振模式的影响.利用琼斯矩阵推导了马吕斯定律在椭圆偏振光入射时的表达形式, 建立起测量椭圆偏振光主偏振方位角模型.利用光电位置传感器接收正交信标光, 结合光电位置传感器的光点位置检测能力解耦信标光的俯仰角和方位角, 利用光电位置传感器的光强探测能力解耦信标光的偏振基矢角, 实现了单器件三维信标姿态测量.实验表明, 所述系统具有完成信标光三维姿态检测的能力, 可用于星地量子光通信、空间信标姿态检测.

为了提高多传感器光电跟瞄系统瞄准精度，提出了多传感器光电跟瞄系统瞄准精度测试的3种方法：像纸法、CCD 法和靶标法。系统采用宽光谱大口径平行光管，结合光电跟瞄系统的激光、红外和电视分系统，实现激光与红外/电视瞄准线高精度测试。详细介绍了每种测试方法的工作原理和主要误差来源，建立了实验测试环境，分别用像纸法、CCD 法和靶标法对同一光电跟瞄系统红外、电视、激光传感器的瞄准线之间的偏差进行了测试和误差分析。结果表明，靶标法测试误差源少，精度能够达到4″，适用于高精度光电跟瞄系统瞄准精度测试。

空间相干激光通信终端中的跟瞄(PAT)系统性能直接影响通信质量。在通用的相干接收机系统中加入CCD和图像处理软件,在对传输信号进行相干探测的同时可得到目标位置误差信息,实现发射光束的实时调整。给出了干涉场强的理论表达式以及图像参数与目标位置的关系式,并讨论了实际应用中波长抖动对位置误差探测精度的影响。通过计算机仿真,验证了目标位置相干探测原理以及波长扰动分析的正确性。