大气激光通信是当前人们关注的热点问题之一，作为一种新的通信方式，拥有无线传输的特点和光纤通信的带宽优势。调制解调技术是大气激光通信中的一项关键技术。目前大气激光通信系统大多采用开关键控(OOK)和曼彻斯特编码等强度调制值接检测(IM/DD)方式，这种调制解调方式实现简单但其抗干扰能力比较差；为进一步提高传输的抗干扰能力，采用脉冲位置调制方式(PPM)，该调制方式简单，功率利用率最高，平均发射功率和误时隙率都比较小，抗干扰能力强，但是带宽效率差，同时需要符号同步；数字脉冲间隔调制(DPIM)结构复杂，缩短了符号长度，带宽效率高，功率效率也比OOK高，不需要符号同步；双头脉冲间隔调制(DHPIM)结构复杂，比DPIM进一步缩短了符号长度，提高了带宽效率和传输容量，不需要符号同步，大大简化系统实现复杂度，可以采用更高的调制阶数换取更高的功率利用率，是一种高效的调制方式，应用于大气激光通信系统就有很好的优势。　　 本文首先简单介绍了大气激光通信的特点、应用范围，系统组成，对大气激光通信中常用的调制解调系统进行分析比较，并重点讨论了本文主要研究的DHPIM调制方式，DHPIM调制方式是解决信道容量、降低平均发射功率、解决高速数据传输的最有效调制方式，为DHPIM调制解调系统的设计提供了理论基础；然后使用MATLAB完成DHPIM调制解调系统的软件仿真，根据大气激光通信中信道特征，讨论使用信道编码和DHPIM调制结合来降低数据传输误码率和提高通信系统的可靠性；最后根据DHPIM调制符号的特性，提出使用超帧调制解调方式，基于现场可编程逻辑器件的实现方式，采用硬件描述语言VerilogHDL完成DHPIM调制解调系统的设计，时序仿真结果表明，可以正确实现DHPIM调制解调，可以将其应用在大气激光通信系统中。