随着卫星应用的不断深入,越来越多的空间任务仅靠单颗卫星已经不可能完成,由多颗卫星组成网络运行已经成为必然的发展趋势。星座设计是卫星组网部署和运行的前提,设计的优劣很大程度上决定了卫星网络的运行水平和应用水平。合理的卫星网络设计方案不仅能够实现整体性能的最优,达到各方面的综合平衡,同时能够在系统的协同工作、长期稳定运行等方面做出贡献。论文的主要目的是在分析GEO、MEO和LEO卫星组网特点的基础上,针对单层卫星网络拓扑结构持续变动、时延指标过高、网络阻塞概率大、网络抗毁性差等问题设计一种新的的多层卫星通信网络,研究天基综合信息网的组网形式等关键技术。文章介绍和分析了已有的具有代表性的卫星网络,系统分析其设计的各项指标以及之间的约束关系。针对现有卫星网络的局限性以及卫星网本身具有的动态性特征,本文在具有一定先验知识的基础上提出具有高实时性和强探测性的卫星网络设计要求,并设计相应的卫星网络。文章创新性的提出卫星网络动态虚拟拓扑片的划分,给出其计算方法,一定程度上表示了网络的动态性,并为下一步的路由选择提供便利。设计完成后,利用STK对网络各项指标进行仿真分析,证明所提出的设计方法具有一定的优势,为天基探测通信网提供理论依据和系统模型。