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激光通信具有大容量、高传输率和高保密性等优点，在航天航空及军事领域中占据着非常重要的地位，受到国内外各行业人士的青睐。激光通信中的关键技术之一--瞄准捕获跟踪(PAT)技术承担着重要任务：可实现激光通信中目标的捕获和跟踪，以及光链路的建立和维持。由于光束极窄，PAT技术实现非常复杂，在理论和应用上具有很大挑战性。针对这一课题展开研究工作具有重要意义。
PAT技术属于光机电一体化技术，本文主要从电子学方面来研究PAT伺服控制技术。首先结合激光通信的特点，建立PAT控制动态数学模型，并以跟踪精度、鲁棒性和实时性为目的，展开一系列理论研究。结合“激光通信地面验证平台”项目，设计了一套实时PAT测控系统。仿真和实际工程验证表明，提出的控制算法和系统结构软硬件环境，能达到控制系统的技术指标。
作者在总结已有研究成果的基础上，结合实际工程性能指标和应用，做出有效的改进，并提出自己的创新点。
本文主要内容和创新点如下：
(1)针对激光通信的特点，建立激光通信终端对(Terminal Pair)的PAT控制互合作数学模型。理论分析表明：互合作模型在某种条件下能够达到稳定；仿真验证：整体控制和解耦控制在连续时间中控制效果是一致的。该模型的建立为激光通信的整体行为和性能代价分析提供了理论基础。
(2)针对采样信号的延迟补偿问题，提出可变参并行预测滤波算法。与贯序滤波法相比，该算法有效地防止计算过程“数据饱和”和发散等病态问题，保证待估参数的一致性估计，提高了目标跟踪精度。
(3)提出三种实用的控制器
a)鲁棒μ控制器，针对D-K递推法求μ过程中出线的多凸值和非全局收敛性等现象，提出自适应牛顿法求μ值。经仿真验证：此方法在数值计算过程中收敛速度很快，而且不存在多极值现象，保证了控制系统的控制精度。
b)混合自适应鲁棒控制器，针对被控对象存在未建模环节，以及对象参数自动更新过程中参数收敛过慢问题，对混合自适应控制算法进行改进，提出柔性可变г尺度算法。该算法能够加速参数在更新过程中的收敛速度，进而提高控制器的响应速度，保证控制跟踪精度。
c)基于特征模型的预测函数控制器，针对激光通信链路中断后恢复时间的微秒级要求，以及被控对象模型难以精确化的问题，提出基于特征模型的自适应预测函数控制算法。经仿真验证：此算法具有抗干扰、“近零”超调量、高响应速率等优点。
(4)设计了一套激光通信地面验证平台，在硬件中采用专用功率驱动模块，设计和开发周期大大降低，元器件数量和系统体积也相应减少；在软件环境中，采用RTX+NIMS+Win32方案，打破传统Windows软件平台实时性瓶颈。工程验证，此方案在实时性方面取得很好的效果，调试的复杂度降低很多，且代码可移植性增强。