自由空间光通信(FSO, Free Space Optics communication)在军事和民用领域都有着广泛的应用前景。而在FSO中,仍有很多关健技术和问题需要解决,其中ATP (Acquisition、Tracking and Pointing)技术是实现移动平台下空间光通信的前提,由于平台的机动,信标光运动幅度较大,进一步加大了跟瞄误差,需要更加先进的跟踪算法来实时、准确的求取信标光的运动轨迹,也需要更加先进稳定的控制算法来控制ATP执行机构的动作来保持信标光处于视场中心附近,实现对信标光的连续稳定跟踪。首先介绍了空间光通信的概念、特点、关键技术。叙述了空间光通信及其捕获跟踪技术在国内外的发展现状和趋势,对世界各国主要光通信产品及实验结果进行了详细的介绍。讨论和分析了空间光通信ATP系统的结构和工作原理,对粗跟踪和精跟踪组成的复合轴系统进行了控制模型、控制流程和控制理论的分析。全面分析了移动平台下空间光通信中的跟瞄误差的来源。在介绍天线扫描这种常用的初始捕获方式的基础上,提出并实践了借助GPS来进行信标光初始捕获的方法,给出了通过GPS坐标来计算天线指向的坐标变换和方位角俯仰角公式。在定点DSP上通过浮点函数库对算法公式进行了算法的实现,通过和仿真计算值的比较,证明DSP的计算精度满足捕获的要求。进行了地面GPS捕获的实验,实验数据分析表明,借助GPS的坐标解算进行信标光的初始捕获是一种非常有效的捕获手段,可以极大的减少信标光捕获建立的时间。对移动平台下的信标光跟踪处理的全过程进行了仿真和实验研究。在总结常用图象去噪方法的基础上,提出了采用小波阈维纳滤波的光斑图象去噪方法,可以在保存光斑边缘信息的基础上去除噪声点,仿真实验结果表明该方法优于其它常用去噪方法。提出采用直方图阈值分割方法和质心定位法来实现光斑位置信息的有效提取。为了实现移动平台下信标光的预测跟踪,在总结常用移动目标运动模型的基础上提出采用“当前”统计模型来建立极坐标下信标光的运动模型,并将光斑位置信息作为观测模型。在建立上述数学模型的基础上,提出了一种基于重采样阈值判决的实时粒子滤波改进算法来实现对信标光位置的预测跟踪,改进的目的是缓解粒子滤波固有的退化和计算复杂问题。通过仿真和室内跟踪实验表明,该算法能有效实现信标光的预测跟踪,且预测精度优于扩展卡尔曼滤波。在辨识ATP系统执行机构的结构模型基础上,提出采用广义预测显式自适应控制算法来实现ATP系统的稳定控制。控制对象的模型参数由遗忘因子递推最小二乘法进行在线辨识取得,通过滚动优化和反馈校正,使得预测控制有较好的鲁棒性。仿真和实验结果表明,控制算法有较好的稳定性和鲁棒性。最后搭建了ATP系统实验平台,在室内进行了二维运动跟踪实验,其粗跟踪精度达到198.5μrad。在外场进行了2.3km、16km的运动仿真台移动跟踪实验,运动仿真台速度0.5。/s时,粗跟踪水平精度分别达到177.3μrad和186.2μrad。进行了16km的粗精跟踪联合跟踪实验,经过精跟踪补偿后的跟踪精度达到24.9μrad。进行了长焦镜头的GPS加螺旋扫描捕获实验,当采用GPS算法确定不确定区域之后,螺旋扫描的平均捕获时间大大小于没有不确定区域时的捕获时间。