随着深空探测活动的增加,传统的微波通信技术已满足不了未来深空探测中超大数据量的传输需求。而深空光通信技术是未来深空探测中实现大容量、高速率数据传输的关键技术,是未来深空测控通信的发展方向。大力发展深空光通信技术,将极大的推进未来的深空探测活动,有助于人类进一步了解宇宙奥秘、探索生命起源和利用太空资源。由于深空信道距离远、链路衰减大,需要高灵敏度的单光子探测技术、高效的调制及纠错编码技术。本文首先介绍了深空探测的背景及意义,之后介绍了深空测控通信技术,通过对深空微波通信和深空光通信的比较,总结了深空光通信技术的优势。接下来分析了深空信道的特点,对深空链路中的几何衰减进行了粗略的估算,对深空光通信中的关键技术进行了简单的介绍。通过对RSPPM、SCPPM和LDPC-PPM几种常用编码方式的性能比较,结合深空链路光子数匮乏、信噪比低、误码率高的特点,选择了纠错能力强、光子利用效率高的SCPPM编码方案,并在接收端采用高灵敏度的光子计数探测方式。其次,研究了SCPPM的编译码方法,编码器由外码（1/2码率的卷积码）、交织器和内码（累加器和PPM调制）组成。内码译码采用了联合解调和译码的方法来提高译码性能,外码译码采用卷积码的MAP译码算法,内码和外码之间通过常规的Turbo迭代交换外部信息。之后基于MATLAB语言编写了完整的编解码算法,并通过仿真研究了泊松信道模型下的译码性能,仿真结果显示在使用4PPM调制时,通过编码可将误码率从15%左右降至10-6以下。此外还研究了调制阶数、译码迭代次数以及编码效率等参数对通信性能的影响,并对PPM独立软解调译码和联合解调译码两种译码方法进行了比较,仿真结果显示使用联合解调译码方法的纠错性能更好,但是在高阶调制时,联合解调译码算法的计算复杂度较高。接下来研究了基于盖革APD单光子探测器的光子计数通信系统,由于该探测器在单次探测时不具有光子数分辨能力,信道模型由泊松信道退化为二进制非对称信道。推导了该模型下PPM解调的误码率表达式,结果发现该信道模型下存在着仅与噪声强度有关的误码率下界。之后根据BAC信道模型修正了译码时的信道似然比,通过仿真分析及实验验证,结果显示修正后的信道似然比具有更高的译码性能,在使用16PPM调制并且nb=0.1时,光子利用效率提升了约1.24d B。而当使用8PPM调制,nb=0.2时,光子利用效率提高了约4.23d B。最后针对无光子分辨系统中误码率较高、通信速率较低的缺点,提出了一种基于多路探测的通信方法,该方法可以减少死时间对通信性能的影响。首先分析了探测路数、探测器死时间所占时隙数对PPM解调误码率的影响,然后通过仿真分析以及实验验证,发现通过多路探测方法,探测器具备了一定的光子数分辨能力,能有效的降低误码率并提高通信速率。并且在使用多路探测方法时,当探测器死时间覆盖多个时隙宽度,随着信号强度的增加,误码率先下降后上升。这表明使用该方法时信号强度要适中,过大或过小的信号强度都会导致误码率增加。此外,由于接收端光子的到达具有不确定性,各支路探测器的输出脉冲不会同时输出,会存在前后时间上的抖动,本文针对此特点提出了一种基于多路探测的时隙同步方法,通过统计时隙内的上升沿个数来进行时隙同步,并取得了较好的同步效果。本文的研究对于深空光通信中系统设计以及调制编码探测方案的选择具有重要意义,本文所提出的多路探测系统为实现基于单光子探测的高速光通信系统提供了一种参考方法。