21世纪是信息的时代,人们对数据传输的要求越来越高,对速度快、容量大、可靠性高的通信方式的需求很强烈,尤其是在卫星通信上。传统微波通信由于载波频率的限制,很难将数据率提高到Gbps量级,而人们对数据率的需求已由Mbps向几Gbps甚至几百Gbps发展,因此急需一种新的通信方式,来满足日益增长的需求。光的频率要比微波高出几个数量级,能携带更多的信息。光纤使光通信得到普及。光通信的性能要远远领先于微波通信,具有传输数据率高、信息容量大、保密性好等优势,因此空间光通信逐渐走进人们的视野中。但是在空间光通信发展的初期,由于电子元器件的限制,没有充分发挥出光波作为信息载体的优势。随着电子器件的发展,空间光通信的优势逐渐得到体现,尤其是掺铒光纤放大器(EDFA)的出现,大大提高了系统接收端的灵敏度。为了将空间光耦合到EDFA中,首先要将空间光耦合到单模光纤,故单模光纤的耦合效率是分析系统接收端性能时一个十分重要的参数。在衡量系统接收端性能时往往使用平均耦合效率,但是大气湍流使到达接收端的信号光波前发生相位畸变,使耦合效率成为一个随机变量,在均值附近起伏较大。而且,误码率与信噪比和耦合效率之间的关系是非线性的,仅仅通过平均耦合效率来分析系统接收端的性能是不准确的。本文就是以此为出发点,主要完成了以下几点工作:从耦合效率的定义出发,建立了在大气湍流存在的条件下建立了耦合效率在大气湍流存在的条件下的统计模型,通过计算,发现Rice分布可以很好地描述耦合效率的变化;通过数值仿真,验证模型的准确性,发现模型可以较好地描述耦合效率随大气湍流强度及波前畸变补偿项数的变化。推导出星地下行激光通信链路误码率和信噪比的表达形式,分析耦合效率对这两个指标的影响,并通过建立的统计模型,分析大气湍流强度和波前补偿项数对系统接收端信噪比和误码率的影响。通过长度为11.8km的大气外场实验,测得空间光至单模光纤的耦合效率。通过大量的数据采集,计算当时条件下的大气相干长度,分析在一定大气湍流强度的条件下,耦合效率的分布情况。以此为基础,与建立的理论模型进行对比,分析模型的准确性,并对模型进行适当的修改,使其更加符合实际情况。本文从概率的角度出发,建立星地激光通信中耦合效率的统计模型,并通过外场实验,来验证模型的准确性,以此为基础,可以更为准确地分析系统接收端信噪比和误码率,这对分析接收端性能、提高通信星地激光通信的通信质量和优化系统设计是很有意义的。