无线激光通信又称自由空间激光通信(Free-Spacc Optical Communication,FOS),这是一种利用激光束作为载体在自由空间内实现信息传输无线宽带通信技术。在无线激光通信系统中,光束的捕获、对准与跟踪(Acquisition,PointingandTracking,APT)技术是成功建立并持续保持通信链路的关键。本文主要工作有:首先,本文阐述了无线激光通信系统的特点,介绍了无线激光通信系统的工作原理与系统组成乡结构。对经典APT系统结构做了介绍,并详细介绍了光束指向装置与光斑位置检测代感器。针对无线激通信链路建立、保持的过程,分析了 APT系统的工作原理与工作流程。1介绍了凝视—凝视、凝视—扫描、跳步—扫描,三种捕获模式的捕获时间;分析了光束扫描覆盖方式,得出了正六边形覆盖是最佳扫描覆盖模式的结论。综合矩形光栅扫描与螺旋矩形扫描的优点,提出了螺旋矩形光栅扫描方式。设计了基于射频辅助链路的光束捕获系统,提出了反向补偿的扫描方法。2.本文利用大气湍流对光束的扩展、背投成像原理和卡塞格林望远系统,提出了一种适用于大气激光通信捕获、对准和跟踪系统的光束检测方法,并对其进行理论分析和实验验证。该方法利用光斑形状和光斑形心位置综合解算光束的横向偏移量和轴向偏转量,解决了一般方法无法分辨出光斑在接收焦平面移动是由于光束横向偏移还是轴向偏转引起的问题,以及光束横向偏移量无法精确检测的问题。3.根据本文提出的光束检测方法,提出了光束角度对准与位置对准的两步对准方法,并以此方法设计对准控制系统与跟踪控制系统。针对本文系统平台进行了控制参数整定,与齿轮间隙补偿。最后通过搭建系统实验平台,完成了系统功能性验证。实验结果表明,本文设计的光束检测系统可有效地对光束对准状态进行检测,最终实现分辨率为2.2μrad的角度偏转量的检测和分辨率为0.25mm的横向偏移的检测。APT系统最终实现1.3km距离的光束捕获,对准,跟踪,其中角度跟踪精度为34.6μrad,位置跟踪精度为35mm。