随着无线通信技术的发展以及海洋探测系统的应用,水下无线通信技术得到巨大关注。目前水下无线通信主要可以分成三大类:水声通信、射频通信及光通信。水声通信信号衰减小、传输距离远,但是传输速率太低;射频通信传输速率较高,但衰减较大,传输距离过近;而水下光学通信具有较大的带宽和更高的传输速率,特别是水下激光通信具有安全性好、传输速率高、通信容量大、传输距离较远等优点,近年来成为水下无线光通信领域的重要研究方向。由于高速激光通信中的光源出射光斑和发散角都很小,经过一定距离传输后,接收端的光斑仍然较小。而且高速接收机的光电检测器探测面比接收到的光斑小,因此接收机与光斑中心很难处于精细对准状态,导致难以建立稳定的水下光通信链路。本文针对水下光通信对准这一问题进行了研究。首先,采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,得到不同传输距离下接收光强与光子接收位置的关系。利用高斯函数对仿真结果进行拟合分析,研究了水下无线光通信系统接收机相对于光斑不同位置的接收功率分布规律,建立接收机接收光强与接收机位置的数学模型。然后,在现有的激光传输模型的基础上,考虑接收机位置的影响,得到含有接收机与光斑中心距离参数的接收功率模型。首先介绍了传统的对准控制算法(爬山法),并采用Matlab仿真分析了对准性能。在此基础上提出基于扩展卡尔曼滤波的水下无线光通信对准算法,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准。仿真表明接收端对准误差在两毫米以下,稳定后接收效率超过98%。最后,搭建水下光斑采集实验系统,对不同距离下接收端光斑图像进行采集分析,实验结果表明:光束经过25米的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布,与蒙特卡洛仿真结果一致,并得到像素坐标位置与接收光强的高斯分布函数。我们还搭建了接收端的对准控制系统。采用基于爬山法的电机控制算法,根据步进电机的控制理论,设计电机控制模块的上位机程序。结合硬件平台,进行了水下无线光通信接收端自动对准控制实验。并根据实验采集的光斑图像得到的光强分布关系,采用离线方法验证本文提出的基于扩展卡尔曼滤波的对准算法。实验结果表明水下无线光通信对准控制系统可以精确对准光斑中心位置,具有一定的工程意义。