量子通信将传统的信息学与经典的量子力学相结合,与经典的通信方式相比具有很高的保密性与安全性。自由空间尤其是以卫星为基础的量子通信摆脱了光纤的距离束缚,也为覆盖全球范围的量子通信网络的建立提供了有效途径。由于星地间量子通信系统中量子光束发散角仅有几十个微弧度,因此通信链路的建立与保持是系统的重点和难点。星地量子通信链路的实现是以高精度的捕获跟踪瞄准(Acquisition Tracking Pointing, ATP)系统为基础的,本论文从通信链路中影响ATP对准精度的主要因素出发,对ATP对准过程中存在的方位俯仰特性、超前瞄准特性、基矢校正特性与大气折射特性进行了算法研究与软件仿真。论文的研究内容与创新点主要有：1)对卫星与地面站间量子通信系统进行坐标系建模,推导了一套星地量子通信系统坐标系之间相互转换的算法。在此基础上利用相关轨道预报数据,计算了载荷转台的方位俯仰角度。讨论了卫星载荷与地面站载荷的情况,同时将卫星载荷分为单、双载荷两种情况分别处理。编写软件完成了文中算法的数值仿真,并利用仿真软件STK (Satellite Tool Kit)进行了本文算法的验证。2)研究了ATP跟踪过程中由于星地终端相对速度太高而造成的超前瞄准问题,推导了超前瞄准角的计算方法,提出了工程中解决超前瞄准问题的可行性方法。讨论了偏振基矢的传输问题,从量子通信的传输信道出发,通过分析引起偏振基矢方向改变的因素,计算出星地量子通信过程中的基矢偏振改变量,并进行了相关的软件仿真。3)研究了由于大气折射率变化产生的通信光大气偏折现象。结合大气折射率与通信光波长以及海拔高度的关系,对大气偏折角度进行了软件仿真,仿真结果可为ATP的设计提供一定的参考意见。