大气激光通信技术具有容量大、频带宽、功耗小、保密性好以及架设灵活方便等优点,被认为是解决“最后一公里”问题的有效手段。然而,激光信号在大气信道中传输时会受到大气分子与悬浮粒子的吸收与散射作用,致使接收光脉冲发生脉冲时延与展宽现象。尤其是在沙尘、降雪、浓雾等恶劣天气下将会产生严重的码间串扰,这将对激光通信的可靠性造成不良影响。当前,信道条件的不理想已成为制约大气激光通信发展与应用的主要障碍,研究大气激光通信系统的信道估计与均衡技术具有重要意义。本文的主要工作如下:1.分析了大气吸收与散射以及大气湍流效应对光信号的影响,以沙尘粒子为例,重点研究了大气粒子吸收与散射对光脉冲造成的时延与展宽。在此基础上建立了大气激光通信系统离散时间信道模型。2.研究了基于时分复用(TDM)训练序列信道估计方案,比较了其在最小二乘(LS)准则及最小均方误差(MMSE)准则下的估计性能,同时分析了训练序列长度对估计精度的影响。结果表明:MMSE信道估计算法相较于LS信道估计算法具有更好的估计性能,但该算法需要利用信道协方差矩阵等先验信息,在实际的无线光通信系统中使用受限。另外在其他条件不变的条件下,发送的训练序列长度越长估计越准确。3.TDM信道估计方案需要单独发送训练序列,降低了系统的频带利用率。针对该问题,本课题研究了适用于无线光通信的叠加训练序列信道估计方案。发送端将周期训练序列代数叠加到信息序列上一块发送,接收端只需利用对应的一阶统计信息即可完成信道估计。推导了该方案的估计均方误差,研究了相关参数对系统性能的影响。结果表明:在无需占用额外带宽的情况下,叠加训练序列信道估计方法可取得与TDM信道估计相近的性能;叠加训练序列长度越长,估计越准确;功率分配因子对方案性能影响较大,实际系统中可取为0.2。4.为了实现信道补偿,本课题进一步研究了基于信道与噪声估计的频域均衡方法。利用信道估计结果结合噪声方差估计,在频域范围内实现了信道补偿。与时域均衡相比,所提方案实现简单且算法复杂度低。结合仿真比较了频域迫零(ZF)均衡与频域MMSE均衡的性能。结果表明:利用所提的频域MMSE均衡方法可有效改善大气激光通信系统的性能;与传统的频域ZF均衡相比在误码率达到10-3时性能约可改善4dB。