随着航天科学技术的迅速发展，航天领域的科学研究成果越来越多的运用到人们生活的各个方面，主要包括移动通信、气象分析预报、GPS导航、电子侦探和资源探测等。其中通过卫星来实现异地之间的通信是一个具有现实意义的应用领域，并且通过星际链路使得多个卫星组成空间通信网络，充分利用航天资源，同时也解决了要实现数据下传在不同地区设立多个地面站的困恼。要实现良好的通信，要求地面上的点与通信卫星之间的仰角尽可能的大，这样可以避免由于地球表面山体以及其他障碍物的影响，保证通信质量。同时考虑到数据下传和信息交互对通信连续性的要求，要求卫星与地面上点通信的中断率或者切换频率在可以接受的范围之内。　　 本文首先介绍了本课题的背景以及意义，对国内外卫星通信的历史、现状与前景以及卫星通信系统关键技术进行了调研和总结。由于本文主要研究的星座优化设计模型是基于共地面轨迹的，因此本文详细归纳总结了共地面轨迹的国内外研究现状，并且指出了利用该星座优化模型来针对我国区域设计区域性通信卫星星座存在的不足。最后整理归纳了全文的主要研究内容。其次，本文介绍了一些航天领域中卫星星座设计的基础知识，包括卫星轨道参数、卫星星历计算、卫星星下点计算、卫星覆盖特性计算以及星座设计基本要素。最后介绍几种经典的星座设计方法，主要包括δ星座、σ星座以及玫瑰星座。　　 在此基础之上，本文给出了卫星覆盖分析中常用的方法，为了提高计算效率，最后给出了本文提出的覆盖分析方法。随后讨论了基于共地面轨迹的卫星星座设计方法，给出了基于共地面轨迹的卫星星座实现区域覆盖的优化模型，最后给出了使用该星座优化模型实现区域连续覆盖的步骤。在观测点最大仰角的性能要求下，利用差分演化算法得到了多组适合于我国区域的通信卫星星座实现方案，通过仿真计算，得到的相关星座的覆盖性能比相关文献的结果要好，并且通过仿真计算过程中得到的覆盖性能数据，对轨道半长轴为20270.1km卫星颗数为8时共地面轨迹星座做出了比较详细的性能分析。通过分析整个仿真时间内星座对我国区域平均最大仰角、最小最佳仰角、平均覆盖重数的等高线图，说明该星座对我国区域具有良好的覆盖性能，并且分析了星座区域平均最大仰角、最小最佳仰角、区域平均覆盖重数随经纬度和时间的变化规律，说明星座对我国区域具有持续稳定的通信覆盖能力。　　 在综合考虑卫星的地面观测点最大仰角性能和多重复覆盖性能的情况下，通过采用适当的罚函数，给出了实现区域连续覆盖的多目标优化模型，通过仿真计算，利用多目标差分演化算法得到了多组适合于我国区域的轨道半长轴为20270.1km卫星颗数为8的共地面轨迹星座方案，实验结果说明共地面轨迹星座的最大仰角性能和多重覆盖性能在一定程度上是冲突的，利用多目标优化的思想来设计卫星星座，可以提供给决策者各种不同性能指标的星座实现方案，实验验证了这种方法的有效性。　　 最后，本文介绍了国际上通用的TLE卫星星历的格式和含义，并构建卫星资源库。在TLE卫星数据库的基础之上选取相关卫星构建了LEO/MEO双层通信网络模型，主要表现在两个方面，一方面星地链路之间满足最小仰角的前提下，选择具有最大仰角的地面站下传。另一方面星际链路之间可见即可得。理论上，星际链路可以与地球表面相切，但考虑到地球是旋转的椭球体，并且地球表面容易受到各种复杂电磁场的干扰，星际链路和地面之间存在一点的余隙。本文在考虑余隙的条件下，推导了不同高度上LEO卫星对不同高度上的MEO卫星的可视区域百分比变化规律。在此基础上，设计了简单的通信卫星星座链路选择方法，最后开发仿真软件对研究成果进行仿真。