在当前的通信技术领域，自由空间光通信（FSO）由于其高带宽、高保密性、抗干扰能力强等特点，已经成为了一项重要的研究方向。为了实现有效的自由空间光通信链路，精跟踪控制系统的设计显得尤为关键。本文介绍了基于现场可编程门阵列（FPGA）技术构建的精跟踪控制系统的设计与实验。
自由空间光通信在通信前需要进行目标的瞄准、捕获和跟踪（PAT），这通常依赖于粗精复合轴的PAT技术。粗跟踪控制系统负责目标的初步捕获和将视轴引入精跟踪视场，而精跟踪控制系统则进一步抑制粗跟踪残差，实现高精度的动态跟踪。精跟踪系统的性能好坏直接关系到空间激光通信链路的建立，是激光通信中的一个技术难点。
传统的精跟踪控制往往采用线性的PID控制策略，但在面对强背景光、大气扰动以及PZT振镜等非线性、不确定因素时，需要引入自适应机制。模糊自适应PID控制策略在这种情况下能够替代传统的PID控制，通过自动调整控制参数来适应外部环境的变化。
在设计的精跟踪控制系统中，主要由高帧频COMS相机、精跟踪数据处理单元、快速偏转单元和监控单元组成。高帧频COMS相机负责实时探测信标光，它的灵敏度高、线性度好，检测精度高，能够有效减少光斑模式的影响，并且易于输出可视化信号。数据处理单元负责对光斑进行精准定位，计算得到的脱靶量用于得到控制补偿量。经过数字模拟转换后，控制信号驱动PZT控制器来控制振镜，构成闭环伺服系统，以稳定信标光的光轴。
本文还介绍了模糊自适应PID控制的原理和实现方法。在设计的系统中，通过构建模糊逻辑控制器，可以对PID控制参数进行动态调整，以适应不同情况下的跟踪需求。这种控制策略使得系统在面对各种非线性干扰时，依然能够保持高精度的跟踪性能。
实验部分在室内搭建了试验平台，并对系统进行了评估。评估包括系统对光斑采集、处理的准确性，补偿控制的效果，以及相机的自适应控制能力等方面。实验结果表明，基于FPGA的精跟踪控制系统能够有效地进行光斑的采集处理、补偿控制以及相机的自适应控制，为建立稳定的空间激光通信链路提供了技术支撑。
整体来看，本文针对自由空间光通信精跟踪系统小型化、智能化的要求，利用FPGA技术设计并实现了一套精跟踪控制系统。通过采用模糊自适应PID控制策略，解决了传统PID控制难以应对的非线性干扰问题，提升了系统在实际应用中的性能和可靠性。该系统的设计与实验研究不仅对精跟踪技术具有重要的参考价值，而且对推动自由空间光通信技术的发展具有积极的意义。
