近年来,世界各大国又开始了新一轮的空间探测活动,在国际上形成了空间探测热潮。随着我国航天事业的飞速发展,空间探测也成为了我国航天技术发展的重要方向之一。卫星通信系统在航天系统设计中占有举足轻重的地位,是天地间的重要纽带。为了有效的缩短卫星通信系统的研发周期、降低测试成本并能够在地面上模拟出真实的空间信道传播环境,因此研究空间信道特性、建立并模拟空间信道模型具有十分重要的意义。空间中绝大部分区域中的有形物质都是以电离形式存在的,因此卫星通信的电磁波信号在传播过程中将主要受到这种空间电离介质(Space Ionization Media,SIM)的影响。与人类距离最近且关系最密切的空间电离介质当属行星际空间的电离介质和地球电离层的电离介质两部分。当前,对这两部分的电离介质仍集中于分别研究,然而在空间中,这两类介质直接相连,事实上并没有明显的分界线,因此当卫星通信时使用的电磁波信号穿过这两类介质时,统一的建模和分析更能真实地反映电磁波所受的影响。因此,论文的主要研究内容如下:1.对空间电离介质的特性进行了研究。将空间电离介质看作是一种随机介质,在行星际空间和地球电离层电离介质的描述、分析和研究基础上,利用Savitzky-Golay算法推导了统一的空间电子密度表达式,然后根据电磁波在随机介质中的传播和散射理论,将空间电离介质对通信的影响分为了 3种:幅度闪烁、频率扩展、时延扩展,推导了空间电离介质中,与幅度闪烁相关的闪烁因子,与频率扩展相关的相干时间,与时延扩展相关的相干带宽参数,通过理论证明和仿真分析验证了其正确性。2.对空间电离介质的信道衰落模型进行了研究。在闪烁因子、相干时间、相干带宽参数的研究基础上,分析了行星际空间和地球电离层环境模型的级联效应,在充分考虑了信号幅度的随机变化、频率扩展和时延扩展,并结合了空间复杂的电磁环境噪声影响、长距离的传播延时影响和多普勒频移的影响后,提出了一种较为完备的空间电离介质信道衰落模型,该信道衰落模型更加接近真实的空间环境。同时,利用该模型将空间电离介质信道按照频率选择性和衰落快慢进行了分类。3.对空间电离介质的信道模拟方法进行了研究。重点研究了空间电离介质信道模型的模拟方法,着重从时域和频域的角度模拟了空间电离介质信道衰落模型:利用时域抽头延时线(Tapped Delay Line,TDL)和频域循环卷积的方式模拟了信道的衰落,利用线性反馈移位寄存器和Box-Muller法模拟了空间复杂电磁环境噪声,利用优化的时域边界拟合Remez算法和频域复乘法模拟了空间高精度延时。最后通过时间复杂度和空间复杂度的分析与讨论,得出了时域模拟更优的结论。4.利用定点化模拟的手段,建立了空间电离介质信道模型的硬件模拟系统,实现了时域的信道模拟,并通过定点化的研究使得空间电离介质信道模拟器实现后精度丢失的影响降低至可接受的范围内。然后给出硬件模拟系统误差的分析和处理方法。最后通过标准仪器设备对硬件模拟系统的性能指标进行了测试,验证了电离介质空间信道模拟方法的正确性及可行性。