与传统的微波通信相比，空间量子通信的优势显著，其终端轻、占用的空间小、保密性好、传输信息量大、功耗较低。然而，其信息传递需要经过大气湍流，通信质量不可避免的受一定程度影响。需要分析其影响，进而对其补偿。现阶段的空间量子通信研究多为地面站间点对点的量子密钥分配实验，低轨卫星和地面站之间的量子密钥分配尚处在可行性分析层面。要实现全球化的空间量子通信，还需要利用卫星做为中继来进行通信。复杂的大气环境和卫星运动姿态的多变使得偏振基准变化，为单光子探测造成困难。单光子从发射端发出后，如何保证其顺利通过大气湍流到达接收端并被捕获是空间量子通信所要解决的关键问题。针对以上两个关键问题，本文首先根据广义惠更斯菲涅尔原理，采用Rytov微扰近似法来计算各向同性、局部均匀的湍流介质影响下基模、TEM01模厄米高斯、TEM01拉盖尔高斯光束轴向单光子捕获概率密度。分析湍流强度、发射终端孔径、光源波长对光子捕获概率的影响，通过推导计算求出了轴向光子捕获概率的分布情况。此后，从广义惠更斯-菲涅耳原理出发、空域上运用修正vonKarman湍流密度谱、时域上采用von Karman谱分析了在大气湍流中传播的基于高斯光束的单光子捕获概率分布情况，以及其长期光束扩展的规律。给出了上下行链路中不同链路距离的单光子捕获概率数值。偏振补偿方面，本文建立相应的控制系统实现对基准偏差的补偿；进行空间偏振跟踪补偿实验，实现基准偏差补偿。本文中所建立的大气湍流影响下的单光子捕获理论模型以及偏振补偿方案对空间量子通信有一定的评估意义以及参考价值。