卫星星座设计必须平衡多方面的因素，包括环境危害和相互竞争的任务目标。空间系统的动态性质使得 “最佳 ”卫星星座设计问题更具挑战性。将卫星星座设计限制在预定义的几何框架内可减轻与设计问题相关的许多挑战；然而，这也提出了一个重要问题：哪种几何框架最适合每组任务？本研究利用模拟、元启发式和数学编程技术来解决这个问题，适用于对一个或多个区域进行地球观测的任务。

首先，本研究通过提出一种新颖的拓扑方法来描述星座几何、任务集和文献中常见的设计方法之间的关系，从而捕捉卫星星座设计的现状。其次，该研究利用响应面分析法开发了一种定制的元启发式方法，用于选择单颗卫星的循环重复地面轨道，重点是最大限度地扩大确定区域的区域覆盖范围。第三，它提出了一个简单而优雅的程序，通过几何调整最小化将非重复地面轨道转化为重复地面轨道。第四，它开发了一种常见重复地面轨道星座的设计方法。第五，它开发了一个动态卫星网络拦截模型，以确定固定数量的卫星故障所导致的卫星星座性能最坏情况的下降。最后，它根据任务性能、鲁棒性和能源获取情况对两种卫星星座设计框架进行了比较。总之，这项研究扩展了卫星星座设计方法的范围，并研究了特定任务组的卫星星座设计性能。

图 8：扩展拓扑 3：任务集--设计方法