一种深空光通信扩展信标捕获跟踪方法，它涉及扩展信标图像的处理方法。它解决传统方法对扩展信标进行捕获和跟踪时精度低、误差大的问题。本发明把实际信标图像的噪声合理的近似为附加高斯白噪声，采用最小二乘法捕获信标图像，确定信标图像的中心位置，使系统进入跟踪模式，然后基于离散傅立叶变换和极大似然算法对信标图像的旋转角度和平移量进行计算，根据平移量和旋转角度的计算值，可以计算出信标图像的中心，根据该中心位置更新光通信终端天线的指向。本发明通过缩小探测器视场、提高测量精度、采用天线扫描结合像素扫描的方法进行扩展信标捕获，节省捕获时间，信标的成功捕获概率为98％以上；同时，本发明的控制光学天线光学天线的跟踪误差控制在5％以内。