近年来空间光通信(Free space optics communication, FSO)技术无论是在军事领域、科技领域还是民用领域都表现出了广泛而深远的影响。机动平台空间光通信主要研究基于移动平台的空间光通信技术,包括车辆、舰船、飞机平台的光通信,是人们探索外层空间、收集海量实时信息、应对突发灾害等紧急事件的有效的高速通信手段。然而在FSO中首先要解决的是高精度捕获、瞄准与跟踪(Acquisition、pointing and tracking, APT)问题。由于机动平台空间光通信自身姿态变化快、移动速度相对较快并且受自身振动影响,使得实现高精度的对准与跟踪比其他的空间光通信平台更有难度。所以,开展机动平台空间光通信研究具有重要的意义。作为一项受国防资助的项目,机动平台空间光通信研究主要解决光通信终端的捕获、瞄准与跟踪的关键技术。本文基于机动平台空间光通信的要求对终端系统开展了详细分析与设计,对机动平台高精度光束控制与跟踪技术开展了理论研究与系统研制工作。本文首先介绍了空间光通信及机动平台空间光通信特点与关键技术,详细介绍了机动平台光通信的国内外发展动态以及武汉大学激光通信实验室在空间光通信方面的主要研究成果,对空间光通信APT技术中的精跟踪关键技术进行了技术调研,包括位置探测器、精密光束偏转机构、精跟踪光斑定位技术和精跟踪信标光的伺服控制技术等。其次,分析了机动平台终端的大气信道特性。介绍了机动平台大气湍流信道的理论分析方法,通过分析光束在大气信道中传播的时候受到的包括闪烁、漂移、到达角起伏以及光功率起伏等的影响,详细分析了到达角起伏、接收光功率起伏对空间光通信的影响。再次,采用最小二乘法的大系统参数递阶方法对精跟踪系统的模型进行了辨识,取得了较好的辨识精度,在800rad/s以内幅频特性辨识误差小于0.3dB,相频特性辨识误差小于2.1。。详细分析了信标光斑特性,发现了精跟踪信标光斑在小视场下灰度分布的规律,提出一种适用于机动平台空间光通信的自适应阈值分割方法,较好的解决了数据处理实时性与适用性的问题。在跟踪控制算法上设计了机动平台的基于卡尔曼滤波的前馈控制算法与模糊自适应控制算法,这些算法在结合控制效果与精跟踪系统平台资源上做到了优化选择,提升了系统整体性能。然后,采用高帧频CMOS相机为机动平台空间光通信设计了小型化、高稳定性的精跟踪控制系统,系统可实现帧频8800Hz的图像采集、传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,完成了硬件、软件的设计与制作。分析了CMOS相机作为精跟踪系统的位置探测器的优势,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响。当相机帧频从2200Hz提高到8800Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素；外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34～0.71pixels。最后,搭建了机动平台光通信APT系统实验验证平台,开展了室内与室外3.4km的性能评估与验证实验。分别测试了CMOS相机对精跟踪系统跟踪精度与跟踪带宽的影响。开展了3.4km模拟跟踪实验与平台振动抑制实验,对精跟踪系统进行了全面的验证。实验表明,精跟踪系统对机载平台的振动具有较强的抑制能力,系统跟踪精度为3μ rad左右;精跟踪可以使机载光通信模拟运动时的接收光功率提高4-5.9dB。系统具有搭建灵活,跟踪精度高的特点,实验的开展为日后飞机搭载实验作出重要准备。