多层卫星网络可以利用不同轨道高度卫星星座的优点提高卫星网络稳定性、减少传输时延、增加覆盖面积等，从而满足为所有用户提供高可靠性、高服务质量的通信，并且多层卫星网络组成的立体通信网络具有很高的频谱利用率，可以实现以最少的资源完成最好的服务的目的。因此，多层卫星网络成为未来卫星网络的研究趋势。对于多层卫星通信系统，由于系统发射规划时间漫长，不可能在关键技术研究和攻关阶段实现实物的验证和测试，所以只能采用软件仿真形式来完成通信性能的对比。本论文通过数值计算的方法完成了多层卫星通信系统的通信性能分析，并用C++编程实现了相关功能。本文首先对多层卫星网络通信性能分析软件进行了总体性介绍，包括整个软件系统的组成和功能结构，并对每个分系统的功能结构进行了详细的说明。接下来第三章分析了多层卫星网络通信性能分析软件中的星座构型模块。多层卫星网络是由不同轨道高度的卫星星座通过星际链路组合在一起的立体网络。本文的多层卫星网络涉及四种不同高度的卫星星座：Walker星座、Iridium星座、共地面轨迹星座和GEO星座。本章介绍了上述卫星星座的设计方法和星座覆盖模型的计算方法，并比较分析了不同多层卫星网络的覆盖性能。然后第四章分析了多层卫星网络通信性能分析软件中的星际链路模块。多层卫星网络中的星际链路按照轨道高度的不同分为层内星际链路和层间星际链路两种。其中，层内星际链路又分为同轨道面星际链路和不同轨道面星际链路。不同轨道面星际链路的建立策略是在相邻的两个轨道面内先寻找距离最近的两颗卫星建立星际链路，然后这两个轨道面内的其他卫星按照卫星编号依次建立平行的星际链路。这样建立的星际链路虽然不是最优的，但是可以满足星际链路建立的基本要求。层间星际链路的建立策略是，当高层卫星覆盖低层卫星时，选取覆盖时间最长的那颗高层卫星与低层卫星建立星际链路，并将这条链路持续到覆盖时间的结束，这样可以减少卫星链路切换的次数，保证卫星网络的稳定性。同时，通过仿真分析了多层卫星网络星间链路的时延。第五章分析了多层卫星网络通信性能分析软件中的通信性能模块。该模块主要包括链路信道模型、干扰模型和链路预算模型三部分。不同天气、地理环境和不同的信道复用方式等都会对信道产生不同程度的损耗。不同的信道复用方式有不同的干扰、链路预算和信道容量的计算方式。本文通过仿真分析了在特定天气和地理环境下不同信道模式的通信性能，包括切换概率、接入概率和误码率。