随着社会信息化进程的不断加快,高效而稳定的卫星通信日渐成为人们的需求。卫星通信系统中的关键技术就要保持地面上的天线与卫星实时的对准,让卫星与地面保持稳定的通信,这一技术就是天线跟踪伺服控制技术,也可称为“动中通”技术。通过对国内外天线跟踪系统的研究,设计了一种基于STM32F405微控制芯片的天线跟踪伺服控制系统,其中对载体的姿态检测和转台的运动控制是重点和难点。针对MEMS传感器对载体姿态检测精度低,抗干扰能力差的情况,结合天线跟踪系统使用的环境,本文对现有的互补滤波算法进行了改进,提出了一种对MEMS器件进行互补滤波数据融的载体姿态解算算法。针对转台运动控制要求电机能够快速、准确的响应这一需求,将PID算法和智能优化算法两者做了结合,提出了一种基于粒子群优化的分数阶PID步进电机位置控制算法,以此满足天线转台的控制需求。论文的主要研究工作以及创新如下:（1）研究并设计了一套车载天线跟踪伺服控制系统,根据系统的需求设计了相应的软硬件。硬件设计主要包括对控制芯片、电源芯片、GPS芯片、MEMS芯片、步进电机驱动芯片等元器件的选型,以及这些器件外围电路的设计。软件设计主要包括对各个部分的驱动程序的设计、姿态解算、控制算法以及系统整体工作程序的设计。（2）研究并分析了各个MEMS器件的工作原理以及产生误差的原因,对于陀螺仪存在角度随机游走误差、加速度计易受到车辆加减速干扰,磁力计易受随机干扰磁场影响等问题。提出了一种互补滤波数据融合的载体姿态解算算法,利用加速度计来对水平倾角进行校正,利用磁力计对航向角进行校正,并在运动过程中实时调整加速度计的误差补偿权重以减少车辆运动对加速度计的干扰。（3）研究了车载天线转台的控制方式,对于步进电机模型的高度非线性导致经典PID控制器难以取得满意的响应速度等问题,提出了一种粒子群优化的分数阶PID步进电机控制算法。通过对常规PID引入了另外两个分数阶微积分参数实现对电机更加高效的控制,并使用粒子群优化算法对控制器参数进行整定,保证天线转台能够快速准确的运行。在实现环境下测得姿态解算算法具有良好的动态和静态性能,可以将载体姿态角精确在±0.1°以内。对步进电机建模仿真可以看出控制算法将系统响应速度提升到了1毫秒以内。以此可以实现天线跟踪伺服控制系统高效稳定的跟踪卫星。