空间遥感技术的不断发展对星地之间的信息传输速率提出了较高要求。星地相干激光通信凭借其高接收灵敏度、大容量、抗干扰能力强等优势逐渐成为当前空间高速信息传输领域的研究热点。然而,在通信过程中,信号光传输受大气信道影响,将造成系统性能恶化。本文针对星地相干激光通信过程中大气信道的影响特征进行分析,并重点研究了应对这些影响的信号处理技术,论文选题来源于国家自然科学基金项目（项目编号:61571446）。本文的主要研究内容包括以下四个部分:（1）大气信道影响下的接收光偏振变化特征分析。首先,通过构建Rayleigh多散射模型推导了经过多次散射之后的接收光Stokes矢量,数值分析得出,Rayleigh散射导致的接收端相干探测效率损失约为1%²%,对系统通信性能影响较小;随后,结合Mie散射理论和Stokes矢量模型,分析了Mie散射影响下的偏振变化,并通过蒙特卡洛实验数值分析了经不同厚度云层传输后的接收光退偏振比,结果表明接收光退偏振比与云层光学厚度具有一一对应关系;最后,基于高斯-谢尔模型光束和相干光学理论分析了大气湍流影响下的圆/椭圆偏光偏振变化特征,推导了计算接收光偏振度、偏振长轴长度、偏振短轴长度和偏振椭圆度的解析式,得到了经偏振分集接收后的系统总相干探测效率,所得到的相干探测效率计算模型可为接收端的偏振控制系统设计提供理论依据。（2）对大气信道影响下的波前畸变进行精确模拟的基础上,结合外差/零差和自差探测方式提出了相应的波前校正技术。首先,提出了一种基于子频带划分与多速率采样的大气湍流相位屏构造方法,通过对大气湍流功率谱划分子频带区域并进行非均匀采样,实现了相位屏的低频补偿,与现有的子谐波低频补偿方法相比,运算复杂度降低了约2个量级,可实现对大气信道波前畸变的实时、精确模拟;随后,为提高外差/零差探测系统波前校正分辨率,提出了一种基于小波分形插值的波前校正方法,在提高波前校正分辨率的同时,能够消除波前探测器带来的测量噪声,相比于最小方差波前校正方法可取得2³dB的性能增益,且具有较低的复杂度;最后,设计了一种适用于星上波前校正的自由空间结构自差探测系统,计算了该系统的相干探测效率和输出信号信噪比,在此基础上,针对自差探测系统输出存在的残留低阶波前畸变,结合M-DPSK调制信号特征,提出了一种基于改进K-均值聚类的相位恢复方法,该方法能够对残留低阶波前畸变进行波前校正,并克服接收机噪声影响,有效提高了通信链路的误符号性能。（3）对厚云层大气信道产生的信号光多径效应进行分析,提出了一种适用于相位调制复信号的信道均衡技术。首先,基于多散射理论分析多径效应影响机理,在计算得到平均光脉冲时间展宽的基础上,利用眼图分析了多径效应引起的通信质量损失;随后设计了一种基于退偏振比探测的多速率传输方案,然而当多径效应影响恶劣时,可采用的通信速率将严重受限。为进一步抑制多径效应影响,提出了一种基于改进常模算法的信道均衡技术,可对自差探测系统的输出信号进行信道均衡处理,与现有的信道均衡方法相比,所提方法具有快速收敛和低稳态误差的优势。（4）分析了星地相干激光通信中Turbo码和LDPC码的应用特征,针对大气湍流的时变性影响,设计了一种大吞吐量交织方案,在与纠错编码级联使用时,可对初始误码率达10^-4量级的含集中突发误码通信链路进行纠错处理,显著提高了中、强大气湍流影响下的通信系统误码性能。本文研究成果在星地相干激光通信系统涉及的信道理论、系统设计和空间高速信息传输技术方面具有重要的理论指导和实际应用价值。