近年来，随着卫星通信网络的不断发展和星间光通信技术的日益成熟，卫星光网络成为了天基骨干信息网的重要组成部分。光载射频技术是微波光子学的一个重要应用领域，利用光载波实现射频信号的透明传输，具有非常高的应用前景并且已经得到了广泛的关注。本文主要针对光载射频技术在星间无线光通信系统中的应用进行研究，可以有效的解决激光骨干链路与用户接入微波链路之间无缝融合的问题。天基光载射频技术避免了接收射频信号的电域解调，极大的降低了星载设备的复杂性与成本。
　　当前地面光纤光载射频系统主要采用强度调制直接检测体制，具有实现简单、技术成熟且成本较低的特点，适用于地面分布式天线的应用场景。相比于地面的光纤光载射频系统，天基光载射频系统受到自由空间传输和指向误差等因素导致的巨大功率损失，需要进一步提高系统的接收灵敏度。同时，为了满足多用户多业务的传输需求，天基光载射频传输系统需要同时传输多路射频信号，对系统的线性度提出了更高的要求。因此，为了满足天基应用环境的特殊需求，实现更好的传输性能，有必要对天基光载射频系统的理论模型、系统设计方案和参数优化进行深入研究。
　　论文主要介绍了天基光载射频传输系统的基本原理和理论模型，提出了新的设计方案，对系统的传输性能进行了分析与讨论，并且对系统的参数进行了优化。论文的主要研究成果包括以下几个方面：
　　1.对卫星振动和静态偏差角引起的光学天线指向误差进行了理论建模，分析了指向误差对系统性能的影响。指向误差引入的功率损失模型同时包括了发射天线和接收天线的指向误差，同时也考虑了光学天线静态偏差角的影响。系统性能分析给出了平均射频增益、噪声系数和无杂散动态范围的闭环表达式，研究了系统参数的影响，并且对电光调制器的偏置点进行优化，提出了低偏置技术。最后论文分析了指向误差下系统的中断概率，并且对光学天线孔径的大小进行了优化。
　　2.针对多路复用长距离自由空间传输的特殊应用，提出了基于相位调制相干零差平衡检测体制的天基光载射频传输系统。推导了多子带传输条件下系统输出光电流的信号噪声失真比，对系统调制指数和本地振荡光载波的功率大小进行了优化，给出了最优调制指数的理论结果；推导了多子带传输条件下系统射频增益、噪声系数和无杂散动态范围的理论表达式和仿真结果，分析了系统参数的影响并且进行了优化，给出了本地振荡光载波功率的取值范围。
　　3.指出了光载波分量是制约系统性能的关键因素，提出了基于科斯塔斯环的双边带载波抑制相干零差检测体制。介绍了光锁相环的基本构成、常见类型和性能比较，分析了选择科斯塔斯光锁相环的理由；给出了系统的理论模型并且对系统信号噪声失真比进行了理论推导和仿真，通过仿真结果对系统的调制指数进行优化，分析了电光调制器消光比的影响；给出了多子带传输条件下系统射频增益、噪声系数和无杂散动态范围的理论表达式和仿真结果，研究了系统参数的影响并且进行了优化。
　　论文通过理论推导和仿真验证的方法对随机指向误差的影响进行了理论分析，指出光学天线需要周期性的校准以减少静态偏差角的影响。在多信道传输条件下，相位调制系统相对于强度调制系统具有更少的交调失真产物，从而可以获得更大的动态范围。此外，由于光功率放大器受到增益饱和特性的影响，载波抑制调制可以有效的提高光功率放大效率，并且可以提高电光调制效率，减少输出光电流中的噪声功率。因此在相同的条件下，载波抑制调制系统相比于相位调制系统可以实现更好的传输性能。