空地图像传输波形广泛应用于军事弹载、机载战术系统,以及旅行航拍、应急指挥等民用领域,可帮助导弹和无人机完成精确指导、图像回传等功能。针对空地图像传输波形的应用场景,论文基于单载波体制,设计了一种可在高速移动场景下保持峰值信息速率达16Mbps的图像传输波形,并在软件无线电平台上完成波形功能和性能的实验验证。论文的主要贡献如下:第一,分析空地图像传输波形及其关键技术研究现状,确定波形功能模块和性能指标。首先分析现有空地图像传输波形研究现状,结合空地图像传输的应用场景确定波形基于单载波体制设计;然后分析单载波系统中关键技术研究现状,确定时频同步基于数据辅助形式设计,信道均衡采用频域均衡方式;最后分析波形功能与性能需求,确定波形的三种信息速率分别为16Mbps、8Mbps和2Mbps,通信距离达20km等设计目标。第二,设计发射机波形帧结构和接收机波形信号处理流程,完成仿真验证。首先设计了单载波体制的发射波形帧结构和包括信道编码、调制和组帧等信号处理单元;然后设计接收机信号译码处理流程和包含时频同步、信道估计与均衡、解调和译码等信号处理单元;最后在MATLAB上搭建Simulink链路进行仿真验证,16Mbps、8Mbps和2Mbps三种模式分别在信噪比为8.8dB、4dB和-2dB时,误比特率低于10^5-。第三,实现波形并进行测试,完成波形功能与性能的实验验证。首先在FPGA平台上实现发射和接收波形;然后在实验室环境测试实现的波形三种模式分别在信噪比为12dB、6.7dB和1dB时,误比特率低于10^-5;最后在外场测试波形图像传输功能和通信距离以及移动性能,发射机在20km范围内以108km/h的速度移动,接收机均能接收到清晰流畅的视频图像。实验测试结果达到波形设计预期,满足功能与性能指标需求。本文设计的空地图像传输波形和实验验证方案可进行工程应用,对远距离、高速率的图像传输波形设计和实现具有一定的参考价值。