本发明涉及一种基于几何的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,属于无线通信技术领域。该方法包括:S1:建立LEO卫星发射端通过移动的无人机中继端到达移动的地面接收端的3D双球信道模型;S2:根据3D双球信道模型,生成3D MIMO LEO卫星信道发射端天线p经过中继端天线l到接收端天线q之间的信道冲激响应;S3:根据移动的LEO卫星发射端、移动的无人机中继端、移动的地面接收端之间的几何关系,计算信号到达角、离开角、时变的传播距离的时变信道参数。本发明丰富了卫星信道建模方法,信道的统计特性对卫星通信系统设计与评估具有实际的应用价值。