随着人类科技的飞速发展,人们对信息传输的大容量、高速率需求日益增长,星间光通信这项新时代太空通信技术开始大放光彩,它拥有广泛的使用价值和应用前景,是世界各国科技发展和研究的热点。由于星间光通信系统多变复杂的空间环境、较远的通信距离和较窄的激光波束等因素,想要快速而高效地建立通信链路有很大的难度,并且激光通信系统有着很高的跟瞄精度要求,因此捕获、跟踪和瞄准(ATP)技术是实现星间光通信的关键。本文介绍了ATP控制系统及其组成模块,重点讲述了粗跟踪和精跟踪模块的工作原理和本文使用的技术指标;阐述了双探测器型和单探测器型复合轴控制系统的控制原理;建立了电机的数学模型,并在此基础上分别对电流环、速度环和位置环进行了设计与仿真;建立了快速反射镜(FSM)数学模型,对精跟踪环进行了设计与仿真。通过对比分析两种复合轴控制系统的各项性能,得出双探测器型和单探测器型复合轴控制系统的对比结果:两种控制系统在理论上具有几乎相同的系统性能,且在理想情况下,对相同给定输入信号进行跟踪时具有相同的跟踪效果。本文研究了粗、精跟踪系统带宽比对系统跟踪精度的影响,并分析了精跟踪系统带宽的限制因素。研究了粗跟踪系统带宽与力矩扰动的关系,并结合粗跟踪系统带宽优化的理论分析,设计了粗跟踪系统带宽优化的仿真实验,得出了粗跟踪系统带宽优化的结论。研究了控制系统带宽与信号功率谱密度的关系,对根据信号功率谱和系统精度指标来设计系统带宽提供了参考依据。本文完成了ATP主控模块和转台伺服模块基于DSP和FPGA的硬件设计和控制软件设计,搭建了完整的实验平台。使用ATP控制系统进行了目标扫描实验及在目标静止时和目标运动时的扫描捕获跟踪实验,实现了ATP控制系统对运动目标的高精度捕获跟踪,系统跟踪精度达到预期设计指标;进行了双探测器型和单探测器型复合轴控制系统的目标跟踪实验,得出了两个系统的跟踪实验对比结果;进行了精跟踪系统和粗跟踪系统的带宽优化实验,提高了系统跟踪精度,使系统性能得到进一步优化。