相对于传统的微波通信方式而言,卫星光通信具有通信容量大、保密性好、抗电磁干扰能力强、不需要无线电频率使用许可、设备体积小、重量轻和功耗低等优点,因此该技术受到了国际上的广泛重视。目前对卫星光通信技术的研究已经成为了一个热门研究领域,在该研究领域中处于领先地位的日本、美国和欧洲等国家和地区已经相继进行了空间实验,成功实现了星间和星地的高速激光通信,在空间实验获得成功的基础上,这些国家和地区正积极准备将卫星光通信技术推向实用化。在可预见的未来,以激光作为信息载体的新一代卫星通信网络即将出现。在卫星与地面进行激光通信的过程中,作为信息载体的激光光束将通过地球表面的大气层,当光束在大气中传输时,大气湍流引起的折射率起伏将影响光束的传输质量,破坏光场的相干性,从而产生光强起伏、到达角起伏、光束漂移以及光束扩展等一系列光学效应。差错性能是衡量系统通信性能的重要指标,差错性能的优劣能够直接反映通信质量的好坏。一般来说,OOK系统的差错性能是用误码率来衡量的,而PPM和DPIM系统的差错性能是用误包率来衡量的。对于星地激光链路而言,大气湍流引起的上述光学效应将对链路的通信性能造成影响,从而增加信息传输过程中的差错概率,因此,本文对大气湍流影响下,星地激光链路的通信性能进行了研究。本文对国内外卫星光通信技术的研究进展进行了概述,对大气湍流的性质、大气光传输的基本理论以及大气湍流引起的光学效应对星地激光链路的影响进行了必要的阐述,同时对星地激光链路中通信系统的基本组成及工作原理进行了简要的介绍。研究了大气湍流引起的光束漂移效应对上行星地激光通信系统的影响,基于高斯光束上行传输的光束漂移和光强闪烁模型,给出了这两种效应共同作用下,接收光强概率密度的表达式;分别对不考虑探测器噪声和考虑探测器噪声情况下的系统误码率进行了分析,并在误码率分析的基础上,对系统的最佳束散角和最佳发射口径进行了研究。对采用OOK,PPM和DPIM调制方式的星地激光链路的通信性能进行了研究。给出了DPIM系统最佳判决阈值的计算公式。分别分析了OOK和DPIM系统在阈值检测情况下的系统误包率以及PPM系统在最优检测情况下的系统误包率。与此同时,在考虑湍流效应的情况下,基于上行和下行激光链路模型,对采用上述三种调制方式的星地激光通信系统的误包率进行了比较。进行了城市链路11.8km激光大气传输实验,对大气湍流影响下激光链路的光场传输特性进行了长期的实验观测。通过该实验对高斯光束在大气中的远场光强分布、接收光强闪烁指数、接收光强概率密度、光强衰落概率、光强起伏功率谱等湍流大气导致的接收光强统计性质进行了分析,并给出了闪烁指数和折射率结构常数的日变化规律。利用两个光学终端在距离为11.16km的城市链路上进行了星地激光通信地面模拟实验。实验对不同调制速率的两条激光链路的误码率以及接收光强闪烁指数进行了长期的测量,研究了接收光强闪烁指数和链路两端温度差的关系,给出了接收光强闪烁方差与系统误码率关系的实验结果,同时分别研究了不同调制速率两条链路的误码率与链路两端温度差的关系,并且利用该实验链路进行了长距离视频传输实验。本文的研究工作为星地激光链路的通信性能分析以及调制方式选择提供了理论基础,为星地激光链路的系统设计提供了实验依据。