空间光通信是空间通信领域的高新技术,具有通信容量大、保密性好、抗电磁干扰能力强、设备体积小、重量轻、功耗低、不需要无线电频率使用许可等优点。自激光问世以来,随着光电器件水平的不断进步和发展,空间光通信也逐渐从理论和实验研究走到了应用阶段。作为空间光通信链路的重要组成部分,星地链路和地面水平链路中激光在大气中传输时都会受到大气湍流的干扰。大气湍流会引起大气折射率起伏,进而影响光束的传输质量,破坏光场的相干性。这些变化可以表现为光强起伏、相位起伏等形式,可能严重影响通信过程中系统的信噪比、误码率、中断概率等重要性能。为了缓解大气湍流对空间光通信系统性能的影响,多孔径接收技术是一种被普遍认可的大气湍流影响抑制技术,其最常用的信号合并方式有三种,即最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)。MRC是按照不同权重合成来自各个孔径的接收信号,使合并信号信噪比最大化。EGC是按照相同的权重合并来自各孔径的信号。SC接收系统则是实时处理多个孔径中具有最大信噪比的一个孔径,并将其余孔径的信号全部舍弃。本文以大气光传输理论及接收光强Gamma-Gamma分布模型为基础,重点研究了星地下行链路直接探测及相干探测多孔径接收系统的误码率及中断概率,以及光纤耦合直接探测及相干探测多孔径接收系统的信噪比和误码率。在直接探测体制下,建立了星地下行链路多孔径接收系统模型,给出了直接探测星地下行链路MRC,EGC以及SC多孔径接收系统的误码率表达式,以及EGC、SC多孔径接收系统的中断概率表达式。在多孔径接收系统和单孔径接收系统具有相同总接收面积条件下,对比分析了星地下行链路直接探测MRC,EGC以及SC多孔径接收系统和直接探测单孔径接收系统的误码率及中断概率。结果表明,MRC和EGC直接探测多孔径接收系统的通信性能优于单孔径接收系统,而SC多孔径接收系统的通信性能只有在误码率或中断概率低于某一个具体阈值时才会优于单孔径接收系统。同时,直接探测三种合并方式的通信性能按照MRC、EGC、SC的顺序依次下降。在相干探测体制下,建立了星地下行链路多孔径接收系统模型,分别给出了MRC,EGC及SC相干探测多孔径接收系统在星地下行链路条件下的误码率及中断概率表达式。对星地下行链路相干探测MRC,EGC以及SC多孔径接收系统和具有相同总接收面积的相干探测单孔径接收系统的误码率及中断概率进行了对比分析。结果表明,星地下行链路相干探测MRC和EGC多孔径接收系统的通信性能优于单孔径接收系统,而SC多孔径接收系统的通信性能在大天顶角条件下可优于单孔径接收系统。同时,星地下行链路相干探测三种合并方式的通信性能MRC最优,EGC略次之,SC最差。在研究光纤耦合空间光通信系统时,除了需要考虑大气湍流引起的光强起伏对系统通信性能的影响,还需要考虑由于波前相位畸变而导致的空间光到光纤耦合效率的随机变化。本文根据大气影响下光纤耦合效率概率密度函数,研究了基于光纤耦合的直接探测以及相干探测空间光通信多孔径接收系统的通信性能。在直接探测及相干探测体制下,建立了光纤耦合水平链路多孔径接收系统模型,得到了光纤耦合直接探测及相干探测MRC和EGC多孔径接收系统的信噪比和误码率表达式。对比分析了直接探测及相干探测MRC、EGC多孔径接收系统和具有相同总接收面积的光纤耦合单孔径接收系统的误码率性能。结果表明光纤耦合直接探测及相干探测MRC、EGC多孔径接收系统的通信性能优于单孔径接收系统,并且,MRC多孔径接收系统的通信性能优于EGC。为了验证和论证前述理论及仿真研究结果的正确性以及多孔径接收系统的实际应用性,本文设计并完成了城市链路多孔径接收理论验证实验。实验中对大气湍流影响下的多孔径接收系统接收光强进行了多路同步测量。给出了不同接收孔径数情况下的接收光强闪烁指数、概率密度分布及衰落概率等内容的实验结果。验证了多孔径接收Gamma-Gamma分布理论及仿真分析结果。根据实验中多孔径接收光强样本,对MRC,EGC以及SC三种合并方式下直接探测及相干探测多孔径接收系统的误码率进行了分析,验证了直接探测及相干探测多孔径接收系统的通信性能理论及仿真分析结果。本文的研究工作为星地下行链路直接探测及相干探测多孔径接收系统的应用打下了理论基础,为基于光纤耦合的直接探测及相干探测多孔径接收系统的发展提供了理论依据,并对空间光通信多孔径接收系统的系统设计及性能分析提供了实验验证。