面向互联时代的卫星通信在当今社会有着非常强大的服务提供能力,5G时代的出现和通信应用的爆炸性增长,对卫星通信系统的频谱资源管理提出了更加精细化的要求。如何在现有资源的基础上提高卫星的服务能力,是目前卫星通信系统频谱资源管理的关键问题。认知无线电技术的主要优势在于能够对频谱资源的动态管理和精细化利用,利用该技术的相关优点和成熟方案结合卫星通信的相关特性从而提高卫星通信系统的频谱资源管理能力。效能评估由于具有评估系统状态、优化系统参数等优点,将其引入到卫星通信系统能够提高频谱资源管理方案进行性能优化。因此,对卫星通信系统进行频谱资源管理和效能评估具有重要研究意义。论文在构建认知卫星运行轨道背景的基础上,重点研究了利用星上频谱感知方案和星上频谱分配来提高卫星资源利用率的方法、认知卫星的效能评估方法。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)提出了基于动态双门限的多星联合频谱感知算法,解决了认知卫星通信系统的频谱感知效率低下和传统频谱感知无法应用在动态卫星系统上的问题。该方案主要采用优化认知卫星噪声模型,根据卫星的运行轨迹模拟不同的噪声变化,并且结合认知卫星的传输特性和运行特性,构建了认知卫星的双门限感知方案。仿真研究了噪声不确定度、采样点数和卫星数量等指标对所提算法的性能影响。研究结果表明所提算法能够在认知卫星通信系统中有效地提高检测概率,并且能够针对不同的环境参数进行调整,满足认知卫星通信系统的业务需求。(2)提出了基于图论着色的多星频谱分配算法。解决了传统的频谱分配算法没有考虑卫星轨道和拓扑时变等特性,从而导致星上分配效率低下的问题。该方案主要采用图论着色的分配思路,将卫星通信系统的运行轨迹进行建模,根据近点模型和远点模型的拓扑图,进行空闲频谱的图论着色。仿真研究了分布式贪婪算法和分布式公平算法与所提算法的性能比较,结果表明在认知卫星通信系统的运行环境下与传统算法相比,所提算法能够显著地提高网络效益,并且具有良好的公平性。(3)提出了基于环境模糊因子的认知卫星效能评估算法。解决了认知卫星通信系统中多指标、多环境下传统效能评估算法无法准确评估效能的痛点与难点。该方案采用额外构建认知卫星的环境参数体系,将认知卫星中的指标体系和环境体系相结合进行效能评估分析。仿真研究了不同环境和不同业务参数下的认知卫星通信系统的效能评估性能,仿真结果表明该算法能够动态地为当前状态下的环境和业务应用相应的环境模糊因子,从而得到仿真得到不同的认知效能,能够满足卫星复杂参数下的效能评估需求。