近些年来,为适应通讯、导航和地球观测领域的广泛需求,大量的卫星星座项目不断涌现.随着微小卫星技术的逐步成熟和支载发射能力的提高,卫星星座的应用成为各个国家的研究重点.为了完成预定任务,卫星星座需要在一定精度范围内保持必要的几何构形,因此必须对卫星轨道进行控制,称为站位保持.卫星星座的站位保持是决定星座成本和复杂性的一个重要因素.该文对卫星星座的站位保持与控制方法以及星座的系统仿真进行了研究,不将来建立以中国、该地区或全球为服务对象的卫星星座的工程实施做好理论上的准备.具体的研究内容包括:针对星座站位保持研究的需要,总结了卫星轨道运动的基本理论.给出了一套无奇异、广泛适用和数值稳定性好的"位置速度-密切轨道要素-平均轨道要素"转换方法.介绍了卫星星座的基本构形和覆盖类型;总结了卫星星座轨道控制的三个阶段:位、站位保持和离轨;给出了卫星星座对地覆盖的性能指标及其计算方法.论证了星座几何构形的不稳定性,并研究了由此导致的覆盖性能衰减;从大系统控制论的观点出发研究了星座的绝对与相对站位保持,指出绝对站位保持策略属于分散控制的范畴,而现有的相对站位保持策略属于集中控制的范畴,并提出了星座站位保持策略的改进方向是相对站位保持的递阶控制策略;研究了星座内卫星轨道控制的具体实施,提出了一个性质良好的相位和轨道平面控制规律.提出了Walker-δ星座的"七要素"表示法,在此基础上根据分层次协调控制的思想,提出了Walker-δ星座站位保持的层次控制策略,包括按照优化准则确定参考星座的算法;对站位保持的层次控制策略进行了仿真验证,并在仿真分析的基础上,指出了推进剂消耗量并不是星座相对站位保持策略最关键的优化目标.用量优控制理论探讨了利用空气阻力进行相同圆轨道两颗卫星之间相位差控制的方法:提出了Walker-δ星座利用空气阻力进行相对站位保持的充分条件和一个实用的控制规律,并进行了仿真验证.仿真分析表明,利用空气阻力进行相对站位保持是一种有效的站位保持手段.针对星座设计方案的优化以及站位保持策略的验证和评价的需要,提出了卫星星座系统仿真的概念和要求并进行了初步的实践探索.从面向对象的观点出发,对星座仿真系统进行了系统分析;举例说明了面向对象的数学模型构造,并研究了实现星座仿真系统的典型数据结构和仿真驱动机制;最后介绍了作者开发的一个星座系统仿真软件.