面向5G无线移动通信网络全球覆盖的要求,卫星通信成为5G移动通信网络中的关键技术之一,对卫星链路的通信容量和传输性能提出了更高的要求。相比于地面蜂窝小区制的无线通信链路,卫星通信链路由于长距离传输导致电磁波信号具有衰减大的特点。并且卫星是一个资源受限平台,通信转发器的总功率以及天线口径大小都受单颗卫星发射成本和风险的限制,如何提高卫星平台对于电磁波信号的收发能力成为空间信息网络研究的方向之一。分布式编队卫星是低轨卫星中多颗同轨道或邻近轨道卫星,以卫星编队飞行来实现分布式卫星资源整合,通过星间高速互联、分布式自主协同、资源虚拟化等关键技术实现服务增强功能,是构建未来稳定可靠的空间信息网络的重要技术。利用多颗低轨卫星以卫星编队的方式,协作收发来增强低轨小卫星对电磁波信号的收发能力是本文研究的出发点。本文针对空间信息网络中单颗低轨小卫星对于电磁波信号收发能力弱的问题,提出了一种基于随机天线阵理论的分布式编队卫星协作波束成形算法。在卫星摄动条件下推导出分布式编队卫星协作传输的平均方向图函数。在此基础上,以分布式编队卫星电磁收发任务作为驱动建立相应的优化问题,并且使用凸优化工具求解得到期望的方向图函数。此外,本文讨论了阵列瞬时功率方向图与平均功率方向图之间的关系以及关键参数的影响,进一步分析了由于各卫星本机振荡器的相位噪声引起的相位偏移,对系统波束成形性能产生的影响,结果表明本机振荡器的相位噪声会导致系统波束方向图的退化。最后,本文还使用STK软件和MATLAB软件,通过STK与MATLAB互联端口搭建STK和MATLAB交叉仿真平台,进一步展示本文卫星编队场景下的分布式协作波束成形技术。仿真结果表明本文提出的方法将分布式协作波束成形技术拓展到空间信息网络研究领域,增强了资源受限卫星系统的电磁波收发能力。