月球探测一直是国际深空探测活动的重点,月背含有丰富的探测资源,随着探测任务的增多,人们逐渐开始进行月球背面探测。月球公转周期和自转周期相同,月球背面始终背对着地球,月球背面的探测器无法与地面建立直接的通信联系,必须依靠中继通信卫星。中国作为首个国家发射了地月L2点Halo轨道“鹊桥”号中继卫星,成功建立了月背与地面的通信链路,但是目前的中继系统仍然存在很多问题,例如,单个Halo轨道卫星不能实时覆盖整个月背,难以满足未来多探测器进行月背探测的中继任务。另外,随着地月中继卫星系统实现高速率高质量通信的同时也会降低中继网络的生存时间,能量受限一直是地月中继网络待解决的问题,因此,如何提高地月中继系统的能量效率（Energy efficiency,EE）是需要考虑的问题。本文针对单颗Halo轨道中继卫星覆盖比例较低问题,从理论上分析了Halo轨道的形成过程和特性,进一步提出了基于经纬度的网格点覆盖分析方法,分析单颗Halo轨道中继卫星对月背的覆盖规律。覆盖分析结果表示:在任一时刻,单颗中继卫星会覆盖月背的60%以上,随着卫星的在轨运动,覆盖范围和比例均会发生变化。结合避免月掩、卫星天线波束角、卫星到月球距离等现实几何约束,本文设计了能实时月背全覆盖的双星星座,即两颗卫星分别位于南（北）族Halo轨道上,这样一颗中继卫星不能覆盖的区域就能被另外一颗中继覆盖,实现互补覆盖,得到Halo轨道的最优覆盖幅值为zA=13000 km左右,仿真结果显示本文设计星座对月背的覆盖比例高达99.69%,考虑到月球天平动和未覆盖区域位置,此星座实现了月背实时全覆盖。针对进一步提升系统EE这一问题,本文提出了联合资源分配的中继卫星选择算法,即在满足探测器速率要求、覆盖条件以及最大系统功率等约束下,通过联合调节源、中继节点的发射功率以及中继卫星选择算法以最大化系统EE,并建立了对应的优化模型。此优化问题不仅包含0-1变量,还具有非凸限制条件和分式目标函数,本文通过松弛二元变量,将分式目标函数转化为减式目标函数,联合迭代求解三部分解决这一优化问题并得到最优的中继选择和功率分配策略。仿真结果表明所提的EE最大算法（EE maximization,EEM）,EE方面优于频谱效率最大等算法,且具有很好的收敛效果。另外,对比了单双中继系统的EEM算法,所设计的最优覆盖星座下的能量效率明显优于单中继系统。