卫星间激光通信是未来卫星通信技术的重要发展方向,它在较为复杂的空间环境中进行,信号光束窄,传输距离长,给链路的建立和保持造成极大的困难。因此,在卫星光通信系统中必须建立一套瞄准、捕获和跟踪(Pointing,Acquisition and Tracking——PAT)系统来防止由于链路失败而造成的信号损失。PAT技术是激光通信链路建立和保持的关键技术。本文以哈尔滨工业大学航天学院承担的“中继卫星间链路技术”课题为背景,研究设计了PAT系统中的粗瞄控制系统。首先对卫星光通信研究的背景和意义进行综述,分析比较了国内外卫星光通信技术的研究现状和进展。此外,详细阐述了PAT系统的重要性和工作原理,并给出其总体设计结构。其次对粗瞄控制系统的各个功能单元作了全面介绍,提出了系统的控制方案,包括带积分分离和输出限幅的PID控制算法选取,用频率响应法求解被控对象的数学模型以及按照典型Ⅰ型和Ⅱ型系统模型分别对速度环和位置环进行设计等。在此基础上,对粗瞄控制系统进行相关的仿真实验,同时给出了响应曲线。此外,单独详细介绍了控制器单元的软硬件设计,还用试凑法对整个系统进行参数整定,取得了较好的控制效果。最后用故障树分析法对粗瞄控制系统的故障诊断问题作了研究。以电机转动异常这一典型故障为顶事件建立了故障树,并运用数学方法对其进行定性和定量分析。应用表明,故障树分析法用于粗瞄控制系统的故障诊断是可行的。