深空激光通信是一种以激光为载波,在深空探测器与地面站或地球轨道飞行器之间进行图像、数据、视频和语音传输的通信方式。深空激光链路不仅具有近地通信链路的特征,也因为其应用环境为深空而具有自身独特的特征,例如大气影响严重、信号空间传输衰减大、背景光干扰强和多普勒频移量大等。PPM调制/直接探测体制信号光脉冲时隙占空比低,在平均激光功率受限的条件下,易于获取更高的脉冲峰值功率;同时,该体制可利用超导纳米线单光子探测器实现单光子量级的接收灵敏度。综合上述两个因素,PPM调制/单光子探测器体制更适用于月地及深空激光链路。本文主要研究了深空激光通信系统PPM调制解调技术,并对解调模块的码元同步方法进行了设计。本文首先对PPM调制技术和单光子探测技术进行了简要的介绍,在此基础上对整个深空激光通信PPM调制解调系统做了详细的研究。给出了完整的系统架构,及SCPPM编译码、半导体激光器、马赫·曾德尔调制器、光放大器、发射天线和接收天线、空间信道、探测器阵列、电脉冲整形方法、及解调的传统方式等部分的原理和特性,为后续设计提供了相应的理论支撑。然后,文章针对光子探测器产生的拖尾现象,重点对基于光子探测器阵列接收机的PPM调制系统误码性能进行仿真分析。本文根据文献[1]给出了光子探测器恢复时间仅影响当前时隙的误码率模型和光子探测器恢复时间为多个PPM时隙时的误码率模型。根据这两个模型,推导出了恢复时间为多个PPM码元时的误码率模型。综合三个模型,可以看出,探测器恢复时间越长,系统的误码率越高。在实际应用需求中,可以通过增加单光子探测数量对通信系统进行优化,以满足误码率指标。最后,文章设计了PPM解调中码元同步模块的方案,设计了相干帧头,完成了针对PPM调制方式的匹配滤波器和环路滤波器的设计,进而搭建了完整的码元同步模块的MATLAB仿真模型,验证了设计方案的可行性。然后根据方案,完成了调制解调系统各模块的FPGA代码实现并对其进行了Model Sim仿真验证,给出了每个模块的仿真结果。最后在PPM综合信号处理板上完成了初步的硬件搭建正在开展板级验证工作,为后续实现高速PPM调制解调系统做准备。