与GNSS卫星相比,低轨卫星对地运动速度更快,可提供更强的落地信号,若将其用于导航,可以有效提升中高轨导航星座的性能,已成为下一代导航星座的发展方向。但是,现有的全球导航星座和低轨星座大多为单一构型,存在导航性能全球分布不均匀的固有问题。为此,已有学者提出混合构型星座的解决思路,但相关设计方法尚不成熟,分析与优化的效率也有待提高。本文针对区域/全球导航服务的LEO混合构型星座,开展星座设计与优化方法研究。从较为成熟的高轨区域混合导航星座出发,逐步扩展至更为复杂的大型低轨混合导航卫星星座。以GEO+IGSO为混合构型,提出了满足矩形区域导航服务的对称星座设计与优化通用模型;以Walker星座为子星座构型,提出了多个倾角子星座的大型LEO全球导航星座快速分析与优化模型;以Flower星座为子星座构型,提出了由骨干+补充的两个非对称子星座组成的应用于特定区域的LEO混合非对称导航星座设计与优化模型。由于优化目标主要针对GDOP值和可见星数进行时空分布统计,本文方法可为后续LEO通导遥一体化星座提供一定的导航星座设计新思路。主要研究内容与结论如下:1.针对矩形导航服务区域及其重点/非重点服务区,提出基于GEO+IGSO的对称构型的星座设计与优化通用模型。对称构型具有优化参数少的优点,在此基础上,通过适当放开对称构型约束,进一步优化导航性能,得到在一定范围内的非对称星座构型。基于两步法对某中低纬度地区（55°E～110°E,5°S～50°N）设计了6/7/8星星座,验证了其中3GEO+4IGSO（双“8”字地面轨迹）为最佳导航星座方案。此外,该方法也被灵活应用于扩展服务区的扩展星座方案设计与优化。2.针对大型LEO混合构型全球导航星座,提出了基于特征参数和GAPM模型的多子星座快速分析与优化模型。仅提取每个子星座的特征参数（半长轴、轨道倾角和卫星总数）,能够大为减少优化参数集的维度;引进几何概率模型GAPM并合理减少地面采样点数量,能够快速计算GDOP的时空统计值。以1500km高的180颗LEO卫星为例,组建由1至5个轨道倾角的Walker子星座组成的混合星座。对比表明,最佳方案是由4个子星座组成的混合星座,卫星个数与倾角分配方案分别为32（25.3°）,36（44.07°）,43（62.03°）和69（82.49°）。此外,该方法也被用于辅助BDS-3的MEO星座的LEO导航增强星座设计。3.针对将LEO星座应用于特定区域的导航增强,研究了轨道面升交点赤经非360°分布的非对称星座,并据此提出了由Flower构型的骨干子星座与补充子星座组成的LEO混合非对称导航星座设计与优化模型。以半长轴为7626.31km的60颗LEO卫星为例,为亚太某区域（10°N-40°N,100°E-140°E）进行北斗LEO导航增强星座设计。优化后的两个子星座的卫星数和倾角分别为43（50°）和17（39.16°）,升交点赤经范围总和为327.38°。但是,混合构型比单一构型的导航性能仅提升2%;单纯从导航GDOP指标来看,与地球同步轨道相比,低轨卫星星座（单一构型和混合构型）在对区域的多重覆盖上不具有优势。