脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)结合光子探测阵列具有能量效率高、抗干扰能力强以及探测频率高等优点,在深空光通信中得到广泛应用。深空条件下通信链路极其远,探测信号容易受背景噪声、时延抖动等信道特性影响,输出信噪比极低,并且各支路输出信号间会存在一定时延差,导致接收机合成及同步性能不理想。在深空光通信中,阵列信号合成及同步非常关键。首先,针对各支路输出信号间存在时延差的问题,论文第二章提出了一种依次相关时延对准方法。先按信号强弱性顺序对各支路排序,通过相关性对排序后的各支路信号依次进行时延对准。仿真结果表明,该方法可以正确估计出时延差。另外还考虑了抖动存在时,利用权系数对似然比进行加权合并。仿真结果表明,改进似然比可获得一定的性能增益。其次,针对闭环时钟同步方式系统复杂的问题,论文第三章提出了一种频偏和初始相偏联合搜索的开环同步方法。通过测量光子到达时间,得到不同频偏和初始相偏的光子分布。频偏存在时,光子分布更加平坦;初始相偏存在时,光子分布峰值将会偏离中心位置。将均方误差或二阶矩作为不同定时误差情况下同步程度的衡量标准,利用搜索的方式实现时隙同步。仿真结果表明,在计数频率为两倍及以上发送时隙频率情况下,该方法均能实现时隙同步。最后,针对频偏和初始相偏联合搜索的同步方法复杂度较高的问题,论文第四章提出了一种频偏和初始相偏直接预测的时隙同步方法。先根据前、后半帧累积偏差估计频偏,再根据光子分布峰值偏移量估计初始相偏。仿真结果表明,该方法在计数频率大于等于四倍发送时隙频率情况下均能实现时隙同步。在计数频率越高、探测器数目越多、背景干扰越弱情况下,同步性能越好。