随着量子通信技术的不断发展,建设全球广域量子通信网络是当下我国以及全球在发展量子通信方面的重点战略目标。而在该战略目标中,量子光纤通信受限于远距离传输的超高衰减,因此采用量子卫星构建天地一体化量子通信网络成为关键一步。“墨子号”量子科学实验卫星已于2016年8月16日在酒泉成功升空,目前量子卫星只能在天气良好的夜晚进行实验,中科院潘建伟院士指出下一代量子卫星将实现全天候通信,但在当前仍存在一些技术瓶颈。由于在量子卫星通信实现过程中,传输信息的载体光量子通过星地链路会不可避免地受到多种复杂自然环境因素的干扰,其中大气雾霾环境作为全球最常见的自然环境之一,必然对量子卫星通信产生影响。因此研究大气雾霾环境对量子卫星星地链路通信性能的影响至关重要,同时为调整量子卫星系统参数提供参考依据。本文主要分析在雾霾环境背景下,雾霾粒子对星地量子链路传输性能的影响以及如何通过自适应调整改善通信性能。首先在大气雾霾粒子消光特性分析基础上,建立雾霾粒子数量浓度、传输高度与星地链路衰减的数学模型,研究雾霾粒子对系统传输携带信号的光量子的影响,分析雾霾粒子与量子卫星通信中性能参数之间的定量关系。然后提出如何对相关参数进行自适应调整的策略,从而达到提高量子卫星通信性能的目的。这些研究为保证量子卫星通信在未来实现全天候复杂环境中正常运行提供理论参考依据。本文的创新点主要有如下三点:一、根据大气雾霾粒子尺度分布和垂直空间浓度变化,建立大气雾霾粒子的消光特性模型以及大气雾霾粒子数量浓度、传输高度对量子星地链路的衰减模型,并分别针对幅值阻尼信道、退极化信道、相位阻尼信道,分析了量子卫星通信中的一些重要性能参数,包括信道容量、量子保真度、量子误码率以及纠缠度,与大气雾霾粒子浓度及传输高度的定量关系。仿真结果表明:在量子卫星通信过程中,大气雾霾粒子会使得量子态产生巨大的衰减,量子保真度等参数大幅度降低,量子误码率提升,从而导致通信质量下降。二、根据雾霾粒子有效半径对不同波长的量子卫星星地链路衰减影响分析,提出基于接收端统计检测反馈的自适应波长调整方案,以此改善量子卫星星地链路在不同雾霾环境下的通信性能。并对采用该方案前后的量子卫星通信系统的信道容量、保真度、量子误码率及其增益进行仿真分析对比。仿真结果表明:采用该方案后,任意大气雾霾环境下的信道容量、保真度均能保持在较高的水平而量子误码率保持在较低水平,且系统参数增益均大于一,以此证明了该方案的有效性。三、提出基于恒温动物体温自适应调节原理的参数调整控制方案,通过接收端最小信噪比计算光亮度衰减控制量,通过发送端实时改变来保证量子卫星通信的正常运行。在仿真分析雾霾背景下光亮度与量子误码率之间关系的基础上,提出光亮度自适应调整方案。经仿真验证表明:当雾霾粒子浓度无论是处于增加或减少的变化状态,该方案均能对量子误码率起到良好的改善作用,以此提高量子卫星星地链路通信性能的可靠性。