自由空间光（Free-space optical,FSO）通信系统拥有低成本、大带宽和强安全性等优点,在高速率点对点通信中扮演着重要角色,并受到越来越多的关注。但是,随着链路距离的增加,FSO系统性能急速下降,甚至通信中断,因此建立基于中继的传输链路显得尤为重要。无线中继通信不仅可以延长通信距离,还可以解决视距传输受阻的问题。考虑到在突发自然灾害情况下,固定中继节点易受干扰、灵活性低等局限性,因此,建立基于移动中继节点的FSO通信系统成为无线通信领域亟需研究的重要问题。无人机技术的不断提升使得基于无人机的中继通信策略成为可能,凭借其高灵活性、易部署、价格便宜等优点,基于无人机的FSO中继通信可在突发自然灾害和应急救援中得到广泛应用。但是,在大气湍流、衰减损失、到达角起伏、瞄准误差和接收处噪声的影响下,基于无人机中继的双跳FSO系统传输性能会受到限制。随着大气环境,如气压和温度的变化,大气湍流随之产生,进一步导致介质折射率起伏并影响光的强度和相位。光信号传输距离越远,自然衰减损失越严重。论文首先研究大气湍流和不同噪声对单跳FSO通信系统性能的影响。针对大气湍流问题,采用Lognormal和Gamma-Gamma信道模型刻画弱到强湍流条件下的湍流特性。此外,针对接收机处的噪声影响,论文研究了背景噪声、热噪声和量子噪声的产生原因及其对FSO通信系统的影响。其次,推导给出FSO系统在大气湍流和噪声共同影响下的平均误码率和平均信道容量表达式。最后,进一步对比分析不同大气湍流强度和不同噪声对FSO通信系统性能的影响。研究表明,波长、湍流强度、传输距离、环境温度和符号速率都会影响FSO通信系统性能。此外,热噪声对自由空间光通信系统的性能影响最为显著,低电信噪比下采用OOK调制方式的FSO系统性能最好,而高电信噪比下采用DPSK调制方式的FSO系统性能最好。针对FSO通信系统视距传输易受阻碍的问题,论文使用无人机作为双跳FSO/FSO通信系统的中继节点,并采用直接检测强度调制（Intensity modulation with direct detection,IM/DD）和放大转发（Amplify and forward,AF）协议。在地到无人机链路,针对大气湍流的影响,论文采用Gamma-Gamma模型模拟湍流衰落分布,并进一步考虑瞄准误差所引起的几何损失、传输过程的自然衰减损失和光信号到达角（Arrival of angle,AOA）起伏的影响,利用梅耶尔（Meijer’s G）函数,论文推导给出地面到无人机链路信噪比的概率密度函数（Probability density function,PDF）和累积分布函数（Cumulative density function,CDF）的闭式表达式。此外,采用Málaga模型表征无人机对地面链路的湍流衰落分布,并给出双跳FSO系统发射机到接收机信噪比的概率密度函数和累积分布函数的闭式表达式。在此基础上,论文进一步推导出双跳系统不同调制方式下的中断概率和平均误码率（Bit error rate,BER）的闭式表达式。值得注意的是,所提Gamma-Gamma/Málaga模型下的性能表达式具有较强的普适性,该模型同样适用于传统的Gamma-Gamma/Gamma-Gamma双跳模型。最后,通过蒙特卡罗仿真进一步验证论文公式推导结果的准确性。研究发现,视场角、无人机位置偏差、无人机方向偏差、调制方式和天气条件对系统性能有着至关重要的影响。由于系统传输性能随着视场角的增大而先上升后降低,因此存在视场角阈值使得系统性能最好。此外,与4FSK、QPSK和BPSK调制方案相比,采用BFSK调制方式的系统性能最好。