自由空间光通信（FSOC）相比微波通信,具有更高的传输速率和更远的传输距离,并且具有终端体积小、频谱资源丰富和保密性强的优点,因此在星间通信和星地通信中能发挥巨大的作用。在星地FSOC系统中,由于传输距离远光束截面会发生较大的扩展;此外由于大气湍流效应信号光强会发生闪烁,这使得普通单孔径光接收机接收到的光信号功率较低,且信噪比动态变化范围较大,限制了接收机的性能。多孔径相干光接收机采用多个光学天线接收具有独立传输路径的空间光信号,能够有效增加光信号接收面积,并通过相干合并大幅提升接收机信噪比,同时有效抑制大气湍流效应,从而能够大幅提升星地FSOC系统的性能。本文围绕多孔径数字相干光接收机的设计展开研究,提出了一种适用于自由空间光通信信号的接收与解调恢复方法,具体研究内容如下:1)针对星地空间光通信链路建立了大气信道模型,分析自由空间传输和大气湍流对接收光功率的影响,进而建立了相干光接收机信噪比与误码率分析模型,研究了最大比、等比和选择合并方式下的多孔径相干光接收机信噪比与误码率的关系,为接收机的设计奠定了理论基础,最后针对具体的信道情况给出相应的接收系统及参数。2)研究了包括时间对准和相位对准算法的数字相干合并算法,重点围绕相位对准算法的优化设计展开研究,分析了ASE噪声对相位对准误差的影响,建立了相位对准误差与相干合并后光信噪比损失（Combining Loss）之间的关系,给出了优化相位对准算法计算复杂度的一般方法,并通过大量的数值仿真加以验证,最后针对具体的接收信号条件基于等比合并方案给出相应的算法解决方案以及相干合并优化方法。3)研究了载波恢复算法,比较了各种盲算法和数据辅助算法的性能和计算复杂度,最后针对具体合并后的信号条件给出算法的解决方案。数值仿真表明所设计的包括相干合并算法和载波恢复算法在内的DSP算法体系性能达到了预期要求。