卫星传统微波通信正面临着严峻的容量瓶颈问题,而激光通信与微波通信相比除了具有高传输速率优势外,还具有保密性及抗干扰能力强、测量精度高、作用距离远、终端设备体积及重量小、功耗低等优点,是取代卫星微波通信的极佳选择,多个国家已经在空间光通信领域展开激烈竞争。为了保证激光通信链路的快速顺利建立和高通信传输速率的稳定,星载激光通信端机需要具有高指向精度。考虑到星载激光通信系统需具有足够的控制带宽和发射升空时要经历复杂强烈的振动环境,星载激光通信端机应具有良好的振动特性。本文在总结常用星载激光通信端机结构形式的基础上,提出一种较新颖的端机结构设计方案,并围绕指向误差和振动特性展开分析和研究。在比较全面详细地介绍了国内外星载激光通信端机研究现状的基础上,将端机结构形式分为三大类:二维摆镜式、潜望镜式和经纬仪式,并详细分析了每一类型的优缺点。根据端机实际使用要求,选择经纬仪式端机结构形式作为最终星载激光通信端机的研制路线。经过计算,发现T型跟踪架俯仰轴弯曲变形会引起较大较复杂的视轴指向误差,给地面装调、测试等造成一定的困难,而U型跟踪架不存在此问题。又考虑到使用库德光路的优势,提出一种基于库德光路的U型跟踪架形式的星载激光通信端机设计方案,该方案使端机同时具有经纬仪式端机和潜望镜式端机二者的优点,包括口径大、转动范围大、转动惯量小、重量轻、尺寸小、功耗低等。针对星载激光通信端机信标光指向误差,利用多体系统误差描述理论进行研究。依据此理论,在分析端机各项误差影响因素后提炼出了端机拓扑结构,建立了相邻体间坐标系,然后对每一对相邻体间的理想静止特征矩阵、静止误差特征矩阵、理想运动特征矩阵以及运动误差特征矩阵的建立进行了详细介绍,并通过信标光轴指向向量建立了信标光指向误差数学模型。利用数值仿真手段研究了误差源对信标光指向误差的影响,获得了信标光指向误差在约束条件下的最大值,为17.5″。对于信号光指向误差研究,包括信号光和信标光之间指向误差研究以及信号光和理想方向之间指向误差研究,首先将激光光束和镜面法向用向量表示推导出了光反射计算公式,其次建立了库德镜坐标系,并利用多体系统误差描述理论求取了每片库德镜在惯性参考坐标系里的法向量,之后根据库德镜法向量利用光反射计算公式计算出了信号光在库德光路中的前进方向,然后分析了信号光经过离轴镜头之后传播方向的改变,建立了信号光指向误差数学模型,最后利用数值仿真手段研究了误差源对信号光指向误差的影响,获得了信号光和信标光之间指向误差以及信号光和理想方向之间指向误差在约束条件下的最大值,分别为0.33″和17.5″。利用MSC/Patran有限元分析软件,进行了星载激光通信端机振动分析,包括模态分析、正弦振动分析和随机振动分析。详细介绍了爆炸螺栓和记忆金属分离螺母作为锁紧装置的优缺点,最终选择了可重复使用、锁紧力可调的记忆金属分离螺母作为端机锁紧装置以期其在实现锁紧功能的同时还能提高端机整机基频。在模型简化的基础上,建立了整机的有限元模型,并进行了振动分析。模态分析结果显示整机基频为93.3Hz,满足基频大于80Hz的技术指标要求,正弦振动分析结果和随机振动分析结果也同样满足使用要求,表明星载激光通信端机具有良好的动态特性。搭建了振动试验平台,结合振动分析结果,进行了端机振动试验。扫频试验结果表明端机基频为94.37Hz,正弦振动和随机振动试验结果表明端机能承受发射时复杂的振动环境。振动试验结果验证了振动分析的正确性,证明了端机振动特性满足设计和使用要求。通过扫频试验研究了记忆金属分离螺母锁紧力对端机基频的影响,试验结果显示锁紧力从170kgf加大到250kgf,x向扫频试验响应峰值频率增加5Hz左右。端机轴系精度经振动试验后有所变化,经复测满足结构设计技术指标。根据指向误差相关试验与分析,获得了振动试验后指向误差在约束条件下的最大值:信标光指向误差最大值为19.5″,信号光和信标光之间指向误差最大值为0.67″,信号光和理想方向之间指向误差最大值为20.1″。