空间相干光通信因具备接收灵敏度高、能够克服背景噪声、频谱利用率高等优点,在高速率、远距离、大容量数据通信上更具优势,是目前FSO通信的主要研究方向。然而激光信号经过大气信道时会受到大气湍流引起的光强闪烁和波前相位扰动的影响,以及雾霾、雨、雪等天气状况下衰减效应的影响。相比于IM/DD系统,空间相干光通信系统的性能受链路衰减的影响较小,但明显受到湍流相位噪声的限制。因此将成熟应用于光纤相干光通信的DSP相位估计技术扩展到FSO通信领域,对FSO通信系统的开发具有重要意义。此外,综合分析大气湍流光强闪烁、相位波动以及各种天气状况对空间相干光通信系统的影响十分必要。本文首先在深入研究大气湍流相位波动、光强波动的统计特性,以及雾霾、雨、雪天气信道衰减特性的基础上,建立了相对普适的大气信道模型。接着在此大气信道中,建立了基于DSP相位估计的空间相干光通信系统理论模型。其次,由于传统的光锁相环和自适应光学模式相位补偿技术都存在一定的局限性,本文基于湍流相位波动和激光器相位噪声的缓变特性,引入了两种DSP相位估计技术:M次幂算法和DAML算法。然后研究了在大气湍流、激光器相位噪声以及各种天气状况影响下DAML算法的相位估计性能,同时推导了基于DAML相位估计的DQPSK信号的误码率公式。最后本文进行了一系列的蒙特-卡洛仿真。本文首先仿真分析了湍流强度和激光器线宽对DAML和M次幂相位估计系统误码性能的影响。然后在考虑大气湍流的基础上,分别仿真分析了DAML系统在雾霾、雨、雪天气的误码性能、传输距离限制和波长选择特性。仿真结果表明:湍流相位波动造成的系统信噪比损伤小于0.1dB;DAML算法相较于M次幂算法能够更快速、有效地缓解相位噪声的影响;相比于传统的OOK IM/DD FSO通信系统,DAML空间相干光通信系统在抵抗大气湍流和各种天气状况引发的信道衰落方面更具优势。