当前,陆地通信系统受到地理环境和自然灾害的影响,无法满足人们日益增长的通信需求。卫星通信具有覆盖范围广,通信容量大等特点,可以弥补陆地通信系统的不足。但卫星通信系统的部署是一个耗费大量人力与物力的过程。因此,在不同的通信场景下,建立实现通信性能和成本效率均衡的卫星通信系统具有重要的意义。低轨卫星通信系统星座设计主要分为面向局部高容量和广域补充覆盖两种,在不同的设计场景下,本文结合不同的优化目标,给出了相应的星座设计方案。首先,在面向局部高容量的低轨卫星通信系统星座设计场景中,针对星座设计方案未与用户需求紧密结合的问题,本文给出了以用户需求和系统容量为限制条件,以卫星星座部署成本和覆盖性能为优化目标的区域星座设计方案,在满足用户需求的前提下实现了成本最小化的星座设计,解决了区域星座设计成本负担重和轨位资源缺乏的问题。其次,在面向广域补充覆盖的低轨卫星通信系统星座设计场景中,针对卫星星座通信性能和部署成本缺少联合考虑的问题,本文结合两者给出了成本效率作为新的优化指标,并提出了实现成本效率最大化的全球星座设计方案。最后,本文利用卫星工具包对上述两种星座方案进行构型和性能仿真,并与现有卫星通信系统进行比较,验证优化设计方案的有效性和准确性。本文针对不同设计场景中的星座优化问题进行了讨论,提出了新的星座设计限制条件以及优化目标,同时给出了面向全球覆盖和区域覆盖的星座设计方案,为低轨卫星通信系统的研究提供了理论参考。