载波恢复是无线通信的关键技术之一,其对载波频相偏移进行估计反馈调整,实现信号的正确解调。近地无线相干光通信系统在实际应用中,光源漂移及湍流效应等因素会对信号光载波造成非线性非高斯的多源复合叠加损伤,产生频相偏移提高误码率。粒子滤波（Particle filter,PF）作为一种广泛应用的算法,对弱限制性系统表现出了优秀的估计性能。因此,研究其在无线光通信载波恢复技术中的实际应用具有重要意义。本文以无线光通信为应用场景,将粒子滤波作为核心算法,进行了载波恢复跟踪功能的FPGA实现,并通过搭建实机通信系统,对实验数据进行分析,为粒子滤波在高灵敏度自由空间光外差探测通信系统中的工程化应用进行了方向性尝试并提供了一个可供参考的实例。本文首先进行了相关通信理论的分析与建模,通过推算双端激光源及大气湍流信道对载波的影响进行载波偏移模型的建立,确认了不低于二维的状态基底和噪声分布类型,并搭建了载波恢复跟踪环路,将算法与工程联系起来。随后进行了滤波算法的研究及对比分析,结合载波偏移模型,对参数估计算法进行状态空间建模,明确状态方程与观测方程参数,并依此设计了几种常见算法。最终通过仿真对比确认了PF优异的估计性能,以及扩展卡尔曼滤波在低阶模型下相对其他算法更为均衡的综合表现,为方案的提出和优化提供了数学模型以及实验依据。在此基础上,开展了本文场景下的粒子滤波算法设计与优化。确定了PF各部分具体结构所采用的算法,并提出了间隔重采样与基于权重预排序思想的两类优化方案以克服存在的问题,达到了本文应用环境下的最适设计,最终通过仿真验证了算法的有效性。最后完成了硬件设计的实现与验证,对算法进行FPGA硬件实现,并对算法-硬件逻辑转移过程中可能出现的问题进行了优化和解决。最终通过搭建板级系统进行实验测试,实现了10Mbps下QPSK信号的实时稳定光通信数据传输,确认设计目标完成,且证实了基于粒子滤波的载波恢复算法在实际工程应用环境中的可靠性。