量子信息是量子力学与信息科学相融合而产生的一门新兴学科。量子通信是量子信息最接近使用化的分支，由于其以光子作为信息的载体，因而具有经典信息无法比拟的安全性，在最近三十年中得到飞速发展，为当前信息安全提供了解决方案。量子通信主要包括试验分发和数据处理两个阶段，分发试验阶段主要通过量子编码完成信息的传输，而数据处理是通过量子通信算法获得绝对安全的密钥序列。本论文对于构建星地量子密钥分发试验中数据后处理相关理论和关键技术的研究，主要内容包括：介绍了基于同步光的时间同步算法，提出了一套基于GPS的时间同步算法，并通过连续时间的相关性，快速实现时间同步，然后实施基矢比对、密钥纠错和隐私放大等算法操作，最终获得绝对安全的密钥序列；在此基础上，研制了一套量子密钥分发试验系统和跟踪系统软件，完成量子密钥分发试验中的跟踪算法的实现和优化，并通过青海湖白天52km诱骗态量子密钥分发试验验证了跟踪系统性能的可靠性和数据后处理算法的可行性；该数据处理算法通过进行有效时间段的筛选算法、符合门宽算法，克服了链路效率波动、高背景噪声等影响，最终信号态误码率为1.78%,成码率为123bps，同时，该试验的成功为星地全天候量子密钥分发提供了理论依据。最后，我们分析了卫星载荷与地面基站之间的径向距离不断变化对数据后处理的影响以及星地单链路和复合链路成码率下限，选择了8km和40km的量子密钥分发试验对星地复合链路成码率进行了模拟，成码率为86bps，最终通过理论分析和数值计算，验证了基于卫星中继的量子密钥分发的可行性。