1.研究背景与动机：

• 优势：自由空间卫星激光通信相较于传统射频通信，具有传输速率高、通信带宽大、功耗低、重量轻、抗干扰性强以及保密性高等优势。

• 技术要求：实现卫星量子加密激光通信需满足高精度跟踪瞄准的技术要求。

• 现状：国内外已开展大量基于量子加密的星地激光通信实验，星载光学载荷通过轻量化设计提升了部署灵活性，但地面终端轻量化设计面临更多挑战。

2.系统设计：

• 设计目标：提升跟踪精度并实现轻量化设计。

• 技术基础：采用双探测器复合轴跟踪技术，结合先进光学架构和特种材料。

• 系统组成：主要由T型跟踪架和复合轴跟踪系统（包含粗跟踪与精跟踪模块）构成。

• T型跟踪架：采用模块化设计，方位轴与俯仰轴均采用机械轴承支撑方式，主体采用铝合金材料，整体重量控制在200 kg以内。

• 复合轴跟踪系统：采用双级控制架构，由粗跟踪和精跟踪子系统组成，集成快反镜装置以抑制大气湍流和地基振动等干扰。

3.关键技术与实现：

• 快反镜设计：采用压电陶瓷（PZT）驱动，具备绕x、y轴转动的自由度，结构紧凑、转动惯量小，能够实现较高的控制带宽。

• 控制策略：结合粗-精跟踪分级控制策略，通过压电陶瓷快反镜补偿残余误差。

• 智能调参PID控制算法：引入智能参数调节机制，通过融合机器学习算法与传统PID控制方法，实现参数在线调整，提升系统性能。

4.实验结果与分析：

• 粗跟踪精度：星地外场测试中，粗跟踪精度标准差为4 arcsec（方位轴）和6.3 arcsec（俯仰轴）。

• 精跟踪精度：精跟踪闭环后，综合误差标准差降至1.4 arcsec（方位轴）和1.2 arcsec（俯仰轴）。

• 轻量化效果：系统重量较传统设计减轻50%。

• 性能提升：与传统U型结构的300 mm通光口径光电经纬仪相比，跟踪精度提高了3倍以上，有效抑制了地面振动和大气湍流等扰动因素。

5.结论与展望：

• 设计有效性：设计的轻量化量子跟踪系统已成为自由空间卫星激光通信中提高跟踪精度的有效解决方案。

• 应用前景：支持基于量子加密的高带宽激光通信试验，验证了使用PCA神经网络进行自动调参控制方法在轻量化地面跟踪光学终端中的有效性。

• 优势：采用低重量、低功耗的设计方案，提供更高带宽的数据传输，增强了系统的安全保密性和抗干扰能力。

这份文件详细阐述了轻量化量子激光通信跟踪系统的设计思路、关键技术、实验结果及应用前景，为自由空间卫星激光通信领域的研究提供了有价值的参考。