卫星光通信技术作为新一代卫星通信关键技术在全球信息通信方面具有很大的潜能,具有容量大、频带宽、传输距离远和传输速率快等优点。在信息量激增的今天,社会迫切需要大容量通信技术,在有限的时间内如何为用户提供大容量可靠的服务,是目前卫星光通信亟待解决的问题之一。但是容量大、可靠性高的卫星光通信建立通信链路时需要依靠两通信终端间的精确对准,这对卫星光通信系统的捕获、跟踪和瞄准技术来说十分严苛。卫星光通信双方在进行通信时,可能存在各类星体的背景光干扰,而且通信双方之间相对位移极大,通信环境恶劣,因此急需对卫星光通信系统中的快速扫描捕获技术进行研究和优化,以提高扫描捕获的速率、增加双方捕获的概率、优化卫星光通信系统性能。目前,如何将快速扫描捕获技术应用到卫星光通信系统中已经成为国内外研究热点之一。论文在研究了卫星光通信ATP(Acquisition Tracking and Pointing)子系统的组成和工作原理的基础上,重点解决卫星通信时扫描捕获时间过长、捕获概率不高的问题,将快速扫描捕获技术应用到卫星光通信系统中,优化卫星捕获、跟踪、瞄准系统的性能,提出卫星快速扫描方案,研究卫星信号捕获算法对卫星光通信系统扫描捕获性能进行改进。论文的主要研究工作如下:(1)对卫星光通信系统中的扫描捕获技术进行分析研究。在研究卫星光通信系统中常用的捕获方案和捕获方式基础上,提出了卫星光通信系统中的快速扫描方案。该方案对扫描过程中的各项系统参数进行分析,参考卫星光通信实际通信情况,建立了双光束六边形螺旋扫描模型,并对该模型进行仿真研究。研究结果表明该方案与传统六边形螺旋扫描方案相比,有效的缩短了扫描的时间,提高了卫星光通信终端捕获的概率。(2)在研究变步长扫描方案的基础上,分析变步长扫描方案的不足之处,讨论捕获概率和扫描步长之间的关系,提出了变步长和等步长相结合的六边形螺旋扫描方案。该方案针对星间光通信的实际通信情况,考虑通信过程中星间位移较大,使得接收到的信号存在较大的传输时延和多普勒频移,分析扫描步长和捕获概率后,建立了变步长和等步长相结合的六边形螺旋扫描模型,仿真研究了该模型的捕获性能。研究结果表明,该方案和等步长螺旋扫描方案相比,缩短了扫描时间;和变步长螺旋扫描方案相比,优化了扫描步长,克服了几何漏扫的情况,提升了 ATP子系统扫描捕获的性能。(3)针对卫星光通信系统中卫星信号捕获跟踪算法进行调研和讨论。重点针对星地光通信链路的实际情况,考虑光能传输损失较大和通信过程中受到较大的星体背景光干扰,在研究卫星信号的各种捕获算法基础上,提出了复合信号捕获算法。该算法服了传统串行捕获算法捕获时间长的缺点,更适合于卫星光通信链路。和传统卫星信号捕获算法相比,该算法提升了系统捕获跟踪的性能。