研究了基于双电极马赫曾德尔干涉仪(DE-MZM)的星上微波信号光学调制方法，获得了单频段微波信号输入时的调制器输出光场表达式，推导了载噪比、射频增益、噪声系数及无杂散动态范围四个参数的解析表达式，建立了星上微波光子链路传输方程。利用OptiSystem仿真软件，搭建了单频段微波信号输入时的星上微波光子链路仿真系统，对链路性能进行了仿真研究。研究结果表明，调制器直流偏置点在正交点时，射频信号增益最高；直流偏置点在低偏置点时，载噪比、噪声系数和无杂散动态范围三个性能指标最优。

为了适应可实现性强、稳健性高的卫星光交换网络，选择模拟偏置时间光突发交换（E-OBS）作为转发卫星的激光通信架构，并结合现有的地面光交换资源预留方法，提出了一种偏置时间固定的资源预留机制。通过流量估计把突发数据按照目的地址和服务质量(QoS)区分为单个突发和突发流，按照分类对卫星光网络资源进行了成功预留，并建立了平均端-端时延、吞吐量、链路利用率、丢包率数学分析模型。理论分析与仿真证明，该资源预留方法通过突发流机制降低了光交换矩阵的重置时间和交换时延，通过E-OBS 架构降低了核心节点控制复杂度和对边缘节点的缓存需求，提高了网络吞吐量，适用于星载光交换网络。

根据卫星光交换网络应用需求, 结合现有的地面光突发交换资源预留方法, 提出了一种基于突发流的资源预留协议。首先通过流量估计把突发数据按照目的地址和QoS区分为单个突发和突发流, 然后按照这两种分类对卫星光网络资源进行了成功预留。为了对该预留方法进行考察, 建立了平均端-端时延、吞吐量、链路利用率数学分析模型。理论分析与仿真证明了该资源预留方法通过降低光交换矩阵的重置时间和交换时延, 有效降低了端-端时延, 提高了网络吞吐量, 适用于星载光交换网络。

根据卫星光交换网络应用需求，借鉴现有的地面光交换信道调度算法，综合考虑资源预留和调度算法，提出了一种基于突发流资源预留的星载光交换信道调度算法。通过流量估计把突发数据按照目的地址和突发区服务质量(QoS)区分为单个突发和突发流，并分类进行资源预留。把数据信道按照优先级划分成不同的信道。不同优先级的突发包先搜索对应级别的信道，高优先级的或者突发流可以抢占低优先级的信道。理论分析与仿真比较证明，该算法不但降低了光交换矩阵的重置时间和交换时延，也提高了链路利用率。复杂度在最坏情况下与可插空最近可用未调度信道(LAUC-VF)方式相同，丢包率在负载为0.5时平均达到10-7，适用于星载光交换系统。

根据卫星光交换网络的高带宽、低丢包率和高链路利用率应用需求，结合现有的地面光交换组装算法，提出了一种新的基于混合门限和轮询方式的星载光交换组装算法。算法首先按照优先级缓存分组，再按照混合门限和轮询方式组装IP分组，减少突发数据包的空闲率，提高了链路利用率。理论分析与仿真证明该算法计算复杂度与轮询方式相同，突发数据包空闲率低于10-4，丢包率在负载为0.5时平均达到10-6，适用于星载光交换系统。

利用经验公式计算了星地光链路在雾、雨、雪、云天气中的衰减，仿真结果表明：波长越长，雾对激光的衰减越小；雪对激光的衰减量高于雨对激光衰减量1～2个数量级；当光学厚度达到4.7时，云层对激光的衰减已达到20 dB以上。综合考虑我国的地理分布和气候特点以及云层覆盖情况，建议我国星地光通信地面站选址可以考虑西北地区的塔里木盆地-内蒙古西部戈壁沙漠-黄土高原西北部一带。