随着人们对空间通信需求的与日俱增,卫星通信网络中的星座设计、路径优化、传输控制、安全技术等关键技术日益引起人们的广泛关注。为了实现广覆盖、低时延、高可靠的空间信息传输,确保多种约束条件下卫星星座对地面的覆盖性能及通信质量,本文针对基于多目标优化的卫星星座设计及路由方案进行深入研究,具体内容如下:首先,从卫星通信的研究背景及意义展开介绍,详细阐述了卫星星座设计与路由优化理论基础,并结合多目标理论及其在卫星通信中的应用,分析总结了现有卫星星座优化设计方法和最短路径优化算法。其次,针对卫星网络对特定区域的覆盖问题,提出了一种基于多目标的星座优化设计方案。首先,分析了当前卫星组网的几何覆盖模型,将目标区域规则化为经纬度表示的区域块。然后,提出一种基于轨道倾角与覆盖面积的最小化卫星轨道数量及星座总数的方案,以减小星座规模。最后,综合考虑星座对多个目标区域的覆盖率和覆盖重数,提出一种基于多目标遗传算法的多目标星座优化设计方案,以实现多种性能指标权衡下的最优星座构型。仿真结果表明,所提出的四种卫星星座构型方案能够在卫星数量更少的情况下实现较好的覆盖性能。最后,针对卫星通信网络中链路切换频繁及路径传输链路度量单一的问题,提出了一种基于多目标优化的路由方案。首先,利用卫星的周期性变化对卫星网络进行时隙划分,建立卫星离散化模型。然后,综合考虑卫星动态链路的连接性、链路的剩余带宽以及卫星剩余能量等因素,建立多目标优化模型,并重新定义路径选择权重方案。最后,针对卫星离散化模型和多目标优化模型,提出一种基于优先队列的多目标优化路径选择算法,通过选择从源卫星节点到目的卫星节点的最优路径以实现多目标权衡下的路由。仿真结果表明,所提出的路由方案不仅能够降低系统时延及丢包率,而且能够有效提升系统的吞吐量性能。