多波束移动卫星通信系统由于具有覆盖区域广、实时性强、通信容量大等优点,已成为当前通信网络的重要组成部分。但为了实现通信卫星对地面目标区域的稳定通信波束覆盖,需要对卫星进行轨道维持,这会消耗大量燃料而导致卫星的生命周期大大缩短。基于上述原因,本论文以工作在小倾角地球同步轨道上的多波束通信卫星为研究对象,对该类卫星的通信波束地面覆盖区域问题进行了分析研究。主要内容包括以下四个方面:通信卫星多波束覆盖区域建模。通过对可行的建模算法详细地对比分析之后,选取“先求取波束边界向量的地面投影点,后拟合波束地面覆盖区域边界曲线”的求解方法,并针对具体求解过程进行了并行化改进。同时提出了利用旋转矩阵快速求解其他波束边界向量的方法,提高了覆盖区域边界曲线的计算速度。多波束覆盖区域稳定性设计。通过对卫星星座的通信波束地面覆盖要求的分析,将星座整体的覆盖稳定性要求合理地分解为单星的统一指标。并根据波束覆盖区域稳定评估准则,结合波束位置稳定性,提出波束覆盖区域稳定性设计方法,通过仿真验证了该方法的合理性。星座多波束覆盖区域协同设计。以星座内每颗卫星的波束覆盖区域稳定为基础,研究相邻卫星的波束覆盖区域连续性问题。以卫星间的相邻边界波束作为研究对象,将波束间相对位置关系引入稳定性优化指标,以此协同优化波束稳定性与连续性设计,使得覆盖区域协同设计能力得到显著提升。基于超启发优化算法的多波束覆盖规划。针对现有优化算法,如粒子群优化算法,计算效率低等问题,提出一种超启发优化算法,在位置更新方程中引入随机项,以此保证搜索的全局性,并分析了算法收敛的必要条件,且以高维性能验证函数为对象,对算法的性能进行了测试。最后,针对多波束覆盖区域协同规划问题进行对比分析,验证超启发优化算法应用的优势。