近年来5G通信网络已经组网成型,为物联网、智能驾驶、远程医疗等新型技术提供了通信基础。但是为了真正实现万物互联、智慧城市的远景,仅靠5G通信网络无法支撑起如此庞大的信息传输场景,因此,6G网络逐渐走进人们的视野。但是其载波处于在太赫兹波段,覆盖范围小,组网时需要大量通信卫星与地面中继站。传统的通信手段无法满足如此高速的星地、星间以及中继站间的通信需求,空间光通信技术是理想的解决方案。为提高空间光通信系统的通信速率,需要将空间信号光耦合至单模光纤中,进行后续的光电信号处理工作。在大气信道中工作的空间光通信系统会受到大气湍流的影响。由于大气湍流的随机性,使得系统接收端性能产生随机变化,影响通信链路的稳定性。在衡量大气湍流对通信系统性能的影响时,人们通常采用信噪比与误码率,而空间光至单模光纤的耦合效率是分析二者的基础参数。人们常用平均耦合效率来分析受到大气湍流影响的信噪比与误码率,但是这些系统参数与耦合效率之间的关系是非线性的,仅用平均耦合效率无法准确地评价平均误码率和信噪比,需要以耦合效率的统计分布为基础,从统计学的角度衡量系统接收端性能。Kolmogorov湍流模型在分析大气湍流对空间光通信系统时被广泛应用。但是其使用条件较为严格,要求大气湍流满足各向均匀且同性的条件。随着理论与实验研究的不断深入,发现大气中大量存在着非Kolmogorov湍流,尤其在人类活动剧烈的城市,温度与气流分布复杂且多变,很难形成稳定均匀的大气湍流。因此,需要采用非Kolmogorov湍流模型,准确分析大气湍流对空间光的影响。为了充分研究大气湍流对空间光通信系统性能的影响,本文以非Kolmogorov湍流模型为基础,建立了空间光至单模光纤耦合效率的统计模型,在此基础上,从理论上分析大气湍流对系统接收端性能的影响,并设计实验,验证统计模型的准确性,同时搭建通信链路,研究大气湍流对系统平均误码率的影响情况。本文的主要工作如下:1.充分研究了空间光通信系统的光路组成,分析了Kolmogorov、Tatarskii等经典湍流模型的功率谱密度函数与非Kolmogorov功率谱的不同,并以非Kolmogorov功率谱为基础,计算空间光波前残余方差,分析了Zernike多项式不同项方差的分布特性。2.研究了空间光耦合至单模光纤的物理过程,通过适当变换,简化了耦合效率的计算流程,以非Kolmogorov湍流模型为基础,建立了空间光至单模光纤耦合效率统计模型,并进行理论分析,比较不同大气湍流模型下,大气湍流强度对耦合效率统计分布的影响,结果表明,在链路设计阶段,采用非Kolmogorov模型分析平均耦合效率时,在极端情况下将降低4.9d B的链路冗余。3.分析了直接探测与相干探测体制下,信噪比和误码率同耦合效率的关系,通过耦合效率的统计模型,得到系统平均信噪比与误码率的计算方法,分析了不同湍流模型下,平均信噪比与误码率受大气湍流影响的变化趋势,部分条件下,平均信噪比误差可降低2.3d B,平均误码率误差可降低1个数量级。4.设计实验,得到在大气湍流影响下耦合效率的分布情况,与理论模型对比,验证了模型的准确性;同时设计了通信链路,得到受大气湍流影响的系统误码率,与理论计算值进行对比,证明了通过此方法衡量大气湍流空间光通信系统性能影响的准确性。本文以非Kolmogorov湍流模型为基础,建立了单模光纤耦合效率的统计模型,充分反应出实际大气湍流对系统性能产生的随机影响,可更加准确地评价大气湍流对空间光通信系统的影响程度,尤其在系统的设计阶段,可根据此分析结果,准确评估由大气湍流带来的链路损耗,在保证系统性能的同时,合理分配功率、空间等资源,为设计人员提供参考。