随着卫星通信和传统地面通信业务及网络融合趋势日益明显,特别是星间链路的出现和星上处理能力的增强,使得空间节点间彼此互联成为未来空间通信的发展趋势和必然要求,也使得研究并建设基于协作传输的空间信息互联网势在必行。未来的空间信息互联网将是以空间平台为主要载体实时获取、传输和处理空间信息的通信网络,通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的空间节点,不仅向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输,而且向上可支持深空探测的超远程、大时延可靠传输,其网络架构将具有多层次、立体化的特点,这将使未来空间通信表现出明显的一体化协作传输特性。然而,通信距离远、传输延时及损耗大、网络资源有限、传输链路切换频繁等问题的存在,使得空间信息传输能力受限、网络自适应性差,这些问题的有效解决需要快速、可靠、灵活、稳定的空间信息协作传输新技术的出现。目前,已有部分文献研究了基于协作的空间信息传输技术,然而不论是采用传统放大转发和编码转发的协作方式,还是采用基于网络编码的协作传输方式,已有研究文献均较少,且缺乏系统性的研究,尤其是在未来复杂多变的多层立体空间通信网络新型架构和各种新技术背景下,还存在许多问题需要解决。因此,开展基于协作的空间信息传输机制的研究,对于具有网络结构庞杂、拓扑动态、传输距离长、链路质量不稳定等固有特征的未来空间通信而言非常关键,同时也能为提高空间信息传输的可靠性、稳定性及有效性提供理论和技术支撑。针对上述问题和挑战,本文分别从①“基于空间分集与网络编码的空间信息协作传输”、②“基于网络编码与连接图的空间信息协作传输”、③“基于连接计划设计与智能优化的空间信息协作传输”、④“基于连接计划设计与自适应智能优化的空间信息协作传输”四个方面对“基于协作的空间信息传输机制”进行了研究。本文的主要工作和取得的创新成果如下:（1）第2章研究了空间分集和网络编码对空间信息传输的影响,提出了一种基于两状态信道模型的联合空间分集和系统随机线性网络编码优化的空间信息传输方案。首先,为了实现地面节点间远距离信息传输,采用了基于卫星节点的空间协作通信模型;其次,分析研究了从地面节点到卫星节点的空间信息传输链路中的衰落特性,建立了两状态星地链路传输信道模型;然后,基于建立的系统模型和信道模型,引入空间分集和网络编码来联合优化空间信息传输性能,重点分析了采用不同的传输方案时系统中断概率和误比特率的性能差异;最后,通过理论分析和仿真验证两方面共同表明了所提出的传输方案具有更好的空间信息传输可靠性。（2）第3章研究了网络编码和连接图对空间信息传输的影响,提出了一种基于目的端的联合网络编码和连接图路由优化的空间信息传输方案。首先,考虑到在基于卫星节点的空间协作通信中由于卫星节点的移动性导致星间链路连接性间断、网络拓扑动态时变的特性,采用了“连接”来描述链路特性、“连接图”来描述网络特性;其次,分析了空间信息传输中星间链路容量受限的问题,引入了网络编码来提高网络吞吐量、提高空间信息传输有效性,通过计算比较每个“连接”的剩余容量来决定是否对卫星节点进行网络编码,提出了一种基于网络编码和连接图联合优化的空间信息协作传输方案;最后,通过理论分析和仿真验证两方面共同表明了所提出的传输方案具有更好的空间信息传输有效性。（3）第4章研究了连接计划设计和智能优化对空间信息传输的影响,提出了一种基于有限容量时间扩展图的联合连接计划设计和智能优化的空间信息传输方案。首先,为了实现地面节点与空间节点间低时延、高可靠的空间信息传输,分析了星地间不同空间平台的传输特性,引入了高空平台和无人机作为星地链路传输的空间协作中继传输节点,提出了一种基于卫星、高空平台和无人机节点的空天地协作通信模型;其次,针对多层空间信息传输网络拓扑动态时变和资源受限两方面问题,采用时间扩展图将动态网络拓扑转换成静态拓扑序列,并给出了基于有限容量的时间扩展图;然后,为了实现资源受限条件下空间信息的高效传递,基于给出的系统模型和静态拓扑图,针对层间和层内“连接”引入不同的智能优化算法来优化调度传输链路资源,分别提出了不同的连接计划方案。最后,通过理论分析和仿真验证两方面共同表明了所提出的传输方案具有更好的数据传输效率,能够满足未来多层空间通信网络中实时、高效、大量的空间信息传输需求。（4）第5章研究了连接计划设计和自适应智能优化对空间信息传输的影响,提出了一种基于时空图的联合连接计划设计和自适应智能优化的空间信息传输方案。首先,为了提高空间信息传输的自适应性,在卫星节点和地面节点间引入了准静止的高空平台节点作为空间信息传输的协作中继节点,构建了一种基于卫星和高空平台节点的空天地协作通信模型;其次,考虑到空间信息传输中不仅会受到阴影效应和多径效应的影响,还会受到大气层传播和空间传播损耗等因素的影响,尤其是对于Ka频段的空间信息来说,不同的天气条件和不同的降雨程度均会对信息传输性能产生较大的影响,鉴于此提出了一种空间信息自适应传输方案,使得空间节点能够根据不同的天气状况采取不同的传输方案,从而最大化空间信息传输效率的同时提高传输可靠性;接着,基于所提出的自适应传输方案,以最小化数据传递时间为设计目标,引入不同的智能优化算法对系统中的“连接”进行了优化调度,提出了两种连接计划方案。最后,通过理论分析和仿真验证两方面共同表明了所提出的传输方案不仅能以最小传递时间实现空间信息的高效传输,还能实现卫星节点间的负载均衡。为了验证和评估所提出的各种传输方案的性能,文中采用MATLAB和STK仿真软件进行了联合仿真验证。仿真结果表明,与已有研究成果相比,本文所提出的传输方案在提高空间信息传输可靠性、有效性方面均具有显著优势。另外,本文的研究成果还将为未来空天地协作通信网络的发展和建设提供理论参考和技术保障。