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量子密钥分发（QKD）已成为量子计算时代一种根本安全的通信方法，能够抵御对RSA和Diffie-Hellman等经典密码方案构成的威胁。本文对基于卫星的QKD协议进行了全面的性能分析，重点研究了在真实大气和运行条件下，准备-测量型和纠缠型两种协议方案。研究首先介绍了量子通信的理论基础，包括量子比特、纠缠和量子熵，并阐述了采用基于卫星的QKD以克服光纤系统距离限制的必要性。随后，论文利用圆形光束传播模型，评估了四种主要QKD协议——BB84、B92、BBM92和E91——该模型纳入了衍射、湍流、衰减和指向误差等大气效应，以及上行链路和下行链路的环境噪声贡献。比较数值模拟表明，协议性能受到信道不对称性、光束传播特性和噪声的显著影响，为低地球轨道（LEO）卫星链路的最优协议选择提供了指导。研究进一步利用椭圆光束近似，考虑了上行链路和下行链路中湍流引起的畸变，对高维（HD）QKD协议进行了探讨，具体包括HD-BB84和HD-扩展B92。在不同系统维度、天气条件和天顶角下的模拟表明，与HD-扩展B92相比，HD-BB84实现了更高的密钥率、更优的噪声容限以及更有利的密钥率概率分布，凸显了高维编码在实现稳健的基于卫星的QKD方面的优势。