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空天地一体化信息网络的提出为解决频谱和轨道等资源的限制,各系统的全球覆盖能力有限,不同的技术体制导致网络扩展能力差等问题提供了有效途径,且已成为全球范围内的研究热点和基本趋势。空天地一体化信息网络体系架构包括卫星骨干网、深空通信网、平流层通信网以及各层网络间的信息传输方式。本文针对空天地一体化信息网络体系架构和空天地一体化系统中的超高速大容量光传输系统,星地激光通信中的前向纠错编码方法和基于微波光子的星地通信频谱感知技术进行研究和分析。论文的主要研究工作如下:1.在研究空天地一体化系统体系架构的基础上,提出了一种能够无缝覆盖全球的由地球同步轨道Geostationary Earth Orbit (GEO)/中地球轨道 Medium Earth Orbit (MEO) /低地球轨道 Low Earth Orbit(LEO)三层网络体系架构,仿真研究了系统的性能。研究结果表明:所设计的三层卫星网络既可以实现一个周期内100%全球覆盖,又满足切换时间较长的目标,而且整体采用的卫星数目不多,星座结构简单,满足星座设计目标。2.为了优化为优化多芯光纤信道模型,提出了一种非均匀光纤信道设计比例映射的方案,通过合理设计光纤纤芯参数及调整各个芯的结构布局,使得芯间耦合减少,使得光纤传输过程中有较少的串扰和较高的传输效率。提出了基于少模多芯光纤的空分复用光传输系统仿真研究了信道特性和传输性能,研究结果表明通过合理设计光纤参数和对光纤纤芯的合理布局,可实现大容量长距离光纤传输。提出七芯光纤空分复用光传输系统,通过理论分析和数值仿真,分析了串扰和衰减等因素对该链路性能的影响。提出了基于矩阵转移的Multi-Input Multi-Iutput (MIMO)均衡算法用来对信号进行Digital Signal Processing (DSP)处理,使误码率降低到预期效果。实验研究了七芯光纤空分复用超高速大容量光传输系统方案,成功实现了距离为58.7km的大容量长距离T比特DS传输实验,并对比分析了不同调制格式、系统参数设置下系统的误码性能。3.在研究了星地激光链路和信号传输中的经典差错控制码的基础上,将前向纠错编码(Low-Density Parity-check Code,LDPC)与高阶调制方式(Mary-Quadrature Amplitude Modulation,MQAM)相结合,设计出一种新型的编码调制格式LDPC-TCM-MQAM,并进行了性能仿真。研究结果表明:经过大气信道传输该种编码调制方式可以使编码增益大于2dB,且编码性能稳定,接受信号质量良好,可以应用于大气信道下的卫星光通信传输系统。4.在研究基于微波光子的频谱感知技术的基础上,基于微波光子频谱感知技术的地面-卫星通信系统方案,提出了多模式高稳态基准光谱产生技术和星地协同自适应频率变换技术,实现低成本无失真的光子上变频和光子下变频。并基于扫频滤波和相干光两种方案的光子感知超宽带频谱检测技术,获得频谱上的功率分布信息来实现频谱检测,且通过设置合理的判决门限,可以得到更加准确和稳定的频谱检测结果,有效的解决电域中感知带宽过窄、感知速率过低、高频器件制备和集成难度大等诸多问题,在大幅度降低成本的同时实现对微波信号的高速有效的频谱感知与优化管理。