天地一体化信息网是由各类航天器、临近空间飞行器、地面站等设备通过星间和星地链路组成的大型综合系统,在全球遥感、观测和信息传输等方面,具有巨大的社会、经济和军事价值。随着天地一体化信息网的发展,空间飞行器的数量快速增长、各类测控任务和数据传输任务也不断增加,这就对航天测控系统提出了更高的要求。长久以来,我国航天器测控的主要方式为陆基测控和海基测控,其测控基础设施为陆地测控站和海洋测控船。由于地面测控设施的测控覆盖范围窄,并且中低轨道航天器的过顶时间短,因此,陆基/海基测控系统不具有连续长时间测控的能力。随着天链一号系列卫星的成功发射,我国成为了继美国之后第二个拥有中低轨道准全覆盖中继卫星系统的国家。然而,中继卫星的通信带宽资源是有限的,所以如何实现多个用户高效地共享链路资源,是测控网络多用户接入协议和资源分配策略需要解决的关键问题。同时,随着航天器数量的不断增多、测控业务时效性要求的提高,而中继卫星的有效载荷数量与容量有限,因此,现有的周计划调度模式将不能满足未来准实时调度的业务需求。针对以上这些问题,本文对天基测控网络的关键技术进行了深入研究,并提出了一些技术和算法创新,具体工作如下:1.论文对天基测控网络的系统及应用做了调研,研究了现有的卫星多址接入技术和带宽分配算法,分析和总结了各种算法的优缺点。2.论文建立了天基测控网络系统模型、信道模型和业务模型,深入研究了混合自由按需多址接入(CFDAMA)协议及其多种预约请求策略,并对其性能进行了仿真分析。然后基于CFDAMA协议,为解决多用户接入过程中资源预约请求冲突问题和中继卫星往返时延大造成的资源预约请求开销大的问题提出了改进的基于冲突解决和业务预测(CRFP)的CFDAMA协议。在改进的协议中,应用了针对自相似业务的混沌指数预测方法来降低平均时延,并采取了基于冲突解决的随机接入策略来高效地解决冲突问题。通过理论分析和仿真验证,证明本文提出的基于冲突解决和业务预测的CFDAMA协议相比于传统的CFDAMA协议,在自相似突发业务条件下能提供更好的接入性能。3.针对中继卫星有效载荷数量与容量有限的问题,论文设计了一套更加高效的天基测控网按需访问系统,包含用户飞行器接入认证、用户飞行器前向控制和用户飞行器业务文件下载三个业务流程。另外,针对用户飞行器返向业务文件下载过程,本文提出了一种高效的文件可靠传输方案,在实现文件可靠传输的同时提高了前向链路的利用率。最后,对以上设计的天基测控网络按需访问系统进行了平台实现,该软件平台实现了任意拓扑的配置功能,并在模拟场景下对系统中的三个业务流程实现了功能演示。