星座构形设计是星座部署和运行的前提。星座部署和运行的性能要求是影响星座构形设计的重要性能指标。论文针对星座构形与运行维持性能要求的相互影响,分别对卫星星座的摄动补偿策略、构形控制、空间备份策略、以及区域导航星座和分阶段部署导航星座的优化设计等问题进行了研究。通过分析卫星星座的基本轨道以及星座构形基本约束,建立了星座基本构形和状态描述模型。研究了星座几何构形与运行维持性能的关系,包括星座构形的最大容许漂移量、长期稳定性、性能台阶、容错性以及可扩展性等。通过分析卫星轨道、星座构形和星座性能的稳定性,设计了星座构形优化设计的参数偏置摄动补偿策略,通过摄动补偿的方法对星座构形参数进行优化设计,提高了星座构形稳定性,并且分析了摄动补偿策略的适应条件和范围。分析了星座构形控制的特点和过程,明确了星座构形控制任务。基于覆盖性能要求进行了星座构形最大容许漂移量的计算。提出了分段离散序列控制策略并将其应用于星座构形设计。针对星座故障或失效卫星的存在问题,提出了相邻相位和均匀相位的星座构形沿航迹重构控制策略,建立了考虑燃料消耗、重构时间、燃料消耗均匀性、性能修复程度综合最优的星座构形变换优化准则,实现星座构形沿航迹失效重构。以天基多基地雷达星座为背景,进行了区域覆盖星座构形和控制策略优化设计研究。从提高备份卫星可用性的角度进行备份轨道的选择和设计,建立了星座空间备份策略设计性能模型,提出了基于卫星可靠度和平均修复时间的星座空间备份策略优化设计方法。基于区域导航星座的GEO/IGSO/MEO基本结构,考虑区域导航星座设计的基本需求和约束,建立了星座设计优化数学模型,基于多岛遗传算法优化策略进行多目标多约束条件下区域导航星座全局优化设计,得到了多个满足任务需求的设计方案。针对区域导航星座扩展性能要求进行了基于基准构型的区域导航星座扩充优化设计。结合区域导航星座任务特点,基于摄动补偿策略对星座构形进行了优化设计,提高了星座构形稳定性。分析了导航星座部署的阶段性特点,设计了分阶段部署导航星座基本结构,明确了分阶段部署导航星座设计目标和与约束,建立了分阶段部署导航星座优化设计模型,综合考虑星座构形长期稳定性、构形控制、系统可靠性、系统费用、部署策略、备份策略等性能约束并结合我国导航星座实际任务需求,基于多目标进化算法的优化策略和线性加权和法的多目标决策进行了分阶段部署导航星座的多目标优化设计。