随着通信需求的日益增长和新业务的不断拓展,作为地面无线通信系统的补充,卫星通信系统已逐渐成为实现全球个人通信的重要组成部分。低轨卫星通信系统以其路径损耗小、传播时延短、可实现全球覆盖等优点,自20世纪90年代以来,一直受到广泛关注。目前,由于轨道、频谱资源相对有限,因此国际上对其展开的争夺也越来越激烈,因此也迫切需要我国建立完全自主研发的全球卫星信息系统,一带一路倡议更是推动着低轨卫星通信星座系统的发展。作为用户接入卫星通信网络的关键技术,随机接入过程的性能影响着整个低轨卫星系统网络稳定性以及用户体验。低轨卫星作为转发节点与地面距离较远,星地间通信时延较长,因此传统地面移动通信系统的随机接入技术无法适用于到低轨卫星通信系统中。本文针对上述问题,进行一些研究,主要工作内容包括以下三个方面:首先,通过分析地面移动通信系统中随机接入帧结构在低轨卫星通信系统中的适用性,结合低轨卫星系统传播时延大、波束覆盖范围广的特点,对随机接入帧结构进行设计。根据卫星波束排列特点,提出分层结构下的随机接入帧结构设计。其次,对于卫星系统物理信道时频资源进行划分,根据上下行传输帧设计,合理分配可用于随机接入过程的时频资源。分析两种常见退避算法,通过仿真实验分析各退避算法的特点以及优劣性,提出改进后退避算法以适应复杂网络环境,并提出分层波束覆盖结构下合理的随机接入时隙与业务时隙比例。最后,分析在卫星波束移动过程中一种随机接入请求失败的典型场景,并提出随机接入转移模型以减少此类随机接入性能损失。根据模型要求,对退避算法进行修改,以减少用户平均接入时延。通过仿真确定设计模型各边界参数,完善随机接入转移模型。