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星座通信系统设计将直接影响建设成本，本文星座通信系统涉及高耦合、多约束、多目标问题，重点研究低轨存储转发星座系统的分解与建模技术、高效的约束多目标优化算法及低轨存储转发通信星座系统一体化设计方法，主要工作和创新点总结如下: 1、针对传统星座设计方法无法同时优化覆盖性能和网络性能，提出了一种新型的可同时优化覆盖性能、接入性能和网络性能的低轨存储转发通信星座系统一体化设计方法，并给出了相应的优化仿真方案; 2、针对非劣近邻免疫算法未给出有效的约束处理方法，设计了一种约束多目标化、种群比例缩减以及改进自适应罚函数的混合约束处理方法，提出了一种基于NNIA算法和混合约束处理方法的约束多目标非劣近邻免疫算法(Constrained NondominatedNeighbor Immune Algorithm，C-NNIA)，通过改进算法的优势种群和活性种群更新环节来提高算法的约束处理能力; 3、针对传统星座设计上的决策空间过大、卫星规模不确定、先验信息利用不足以及缺乏优秀的约束处理方法等缺点，提出了一种综合决策空间简化、星座规模估计以及先验信息利用的星座覆盖优化方法，并引入约束多目标优化C-NNIA算法，设计得到了均匀覆盖的同构和异构星座; 4、分析了基于改进SAMA的星载多波束多址接入性能，提出一种基于C-NNIA算法的星载多波束接入资源配置优化方法，通过优化算法智能调整波束数目、信道数目以及扩频增益来快速获得满足接入性能约束的最低资源配置参数，并以此得到了满足系统阶段性能要求的接入资源配置参数; 5、设计了一种通过优化星座构型和星间建链约束来提高低轨存储转发通信星座网络时延性能和网络吞吐性能的优化方案，通过C-NNIA算法获得了满足网络性能要求的星座网络拓扑结构; 6、设计了综合优化覆盖性能、接入性能以及网络性能的低轨存储转发通信星座一体化综合优化平台，以此获得满足系统各方面性能指标的最优轨道构型以及相关参数配置，并在此基础上提出了一种基于多属性决策的低轨存储转发通信星座的分阶段部署方法，通过仿真获得了部署策略及性能提升水平。