随着空间技术的发展,人造卫星所承担的任务愈发复杂多样,需要传送的空间数据越来越多,亟需一种快速将卫星数据传输至地面的方法以满足日益增长的通信需求,同时随着各种业务类型卫星数量的增多,不可再生的同步轨道资源已趋于紧张状态。卫星编队飞行与非同步轨道的利用是未来卫星应用发展的热点方向,低轨轨道编队飞行卫星相互协作,在许多方面具有比单颗卫星更大的优势。利用卫星编队的空域资源在星地通信中形成MIMO系统,可以有效地提高数据传输速率,根据Line of Sight(LOS)MIMO理论,通过特定的天线阵参数配置可以实现LOS MIMO子信道正交,而低轨编队卫星处于高速运动状态,导致固定的天线阵参数配置不能维持星地MIMO系统容量最大化。本文主要研究利用编队卫星搭载的多天线与地面天线阵形成MIMO通信,实现空分复用来提高系统信道容量。在现有的视距MIMO理论以及卫星编队协作通信研究的基础上,考虑卫星通信中存在的强视距路径的情况,研究基于低轨卫星编队与地面天线阵形成LOS MIMO系统,提出了在无线衰落信道下提升低轨星地LOS MIMO信道容量的天线阵参数优化方法。通过STK与Matlab建立了跟飞式卫星编队星地MIMO模型,仿真验证了天线阵参数优化方法的性能。证明在低轨卫星编队与地面站可通信时间窗口内,利用天线阵参数优化方法能够保持星地LOS MIMO系统子信道的正交性,使星地LOS MIMO信道容量最大化。最后通过对地面天线阵最优间距误差和卫星位置误差对系统信道容量的影响进行了仿真分析,表明在使用天线阵参数优化方法下,利用卫星编队与地面阵形成星地LOS MIMO不仅能够提升系统的信道容量,而且有一定的误差容忍能力,证明了本文提出的卫星编队星地MIMO天线阵参数优化方案有一定的工程应用价值。