脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)结合光子探测阵列接收技术以其能量转换效率高、抗干扰能力强以及探测频率高等优点,广泛应用于深空光通信系统中。考虑到深空通信链路距离较远,传输的光信号容易受背景光噪声、时延抖动等光子探测信道特性的影响,并且光学阵列接收机中各单元接收信号的信噪比极低。因此,为了保证各阵列单元信号能有效对准及合成,研究适用于该场景的光子探测阵列信号时延对准及合成技术非常关键。针对光子探测阵列信号间时延对准问题,本文提出了一种基于光子位置匹配度的时延估计方法。考虑时延抖动的影响,可利用光子位置值间具有一定相关性的特点,按照脉冲展宽波形函数来计算两光子位置匹配度,在匹配各探测器所探测到的所有光子后,从而得出各光子探测器信号间的相似程度,并依据总匹配程度来确定时延值,并且基于光子位置匹配原理,设计了两种光子探测阵列时延估计方案:第一种是以信号强度最大路作为参考,将各路信号分别与之对准;第二种是采用逐级合成信号作为参考,各支路信号与参考信号依次对齐。仿真结果表明,基于光子位置匹配度计算的两种阵列时延估计方案均能达到光子探测阵列信号的时延对准目的。针对光子探测阵列信号合成问题,为充分利用各支路信号有效信息,选取多路信号联合参考的时延估计方案作为系统合成基本方案,在完成时延估计后,结合现有基于保护时隙的定时误差估计方法和基于二维搜索的定时误差估计方法的优点,当处理大定时误差时采用基于保护时隙定时误差估计方法,并且当处理小定时误差时采用基于二维搜索的定时误差估计方法。另外在进行二维搜索时复杂度较高,为了加快搜索速度,给出了变步长搜索方式的改进方法,最后在完成各支路信号同步操作后,根据信号光子受时延抖动影响后在时隙内的不同区间位置的可靠性对似然比加权合成。仿真结果表明,基于多路联合参考的光子探测阵列合成技术能够综合更多有效光子信息,最终能得到较为理想的系统合成性能。