量子保密通信是量子力学的基本原理和信息通信理论相互结合产生的交叉学科,有着量子力学和信息通信学科各自的优点,量子保密通信有许多经典通信无法比拟的优势。因为独特的通信安全优势,近年来,量子保密通信的研究进展不断突破,将会在通信与信息技术领域引发新的技术浪潮。量子卫星通信作为量子保密通信的重要组成部分,在各国研究团队坚持不懈的努力下,量子卫星通信也得到了健康良好的发展,为构建广域量子卫星通信网络打下了坚实的基础。然而,在进行量子卫星通信时,量子态会受到降雨、降雪以及大气中烟、雾和尘埃等颗粒物的干扰,加剧了量子态的衰减。这些问题对量子卫星通信的发展带来了严峻的挑战。本文以量子保密通信基本理论作为核心基础,从大气环境中的颗粒物对量子卫星通信性能的影响出发,分别提出了量子纠缠反馈系统模型和基于软件定义的量子保密通信系统模型,对量子卫星通信进一步发展有一定的参考价值。本文的主要工作体现在:一、根据米氏散射原理得出了大气中烟、雾、尘埃等颗粒物的消光系数;建立了大气中颗粒物浓度、光量子纠缠对传输距离与量子卫星链路衰减的数学模型;提出了自然环境能见度与量子纠缠度之间的关系;给出了颗粒物浓度、量子信号传输距离与误码率、信道容量的关系,并进行了仿真。结果表明,在进行量子卫星通信时,大气中的颗粒物会导致量子卫星链路的衰减,造成量子通信系统误码率的升高,从而导致量子卫星通信质量的下降。二、提出了一种基于量子纠缠反馈控制的优化策略。该策略是通过对光腔中泄露的光子进行测量,利用测量得到的信息估计原子的状态,进而调节控制器,改变腔中原子的自旋。然后建立了不同量子噪声信道与保真度的关系,分析了系统的安全密钥生成率。仿真结果表明,在振幅阻尼信道、退极化信道和相位阻尼信道中,在该策略下,量子卫星通信系统的保真度有明显的提高,有效地提高系统的安全密钥生成率,增强了量子卫星通信星地链路的抗干扰能力。三、本文结合软件定义网络的设计思想,提出了一种软件定义的量子保密通信系统模型。该系统对自由空间量子信道环境进行实时监测,并且将监测到的信息反馈给控制层,控制层通过数据分析来调节量子通信系统的参数,保证量子通信各性能参数达到最佳状态。仿真结果表明:软件定义的量子保密通信系统,能够提高量子通信的纠缠度和保真度,降低量子态的出错率,能过保证量子卫星通信的质量,提升系统的抗干扰能力。