人造卫星是目前发射数量最多、用途最广的航天器。随着通信需求的增加,单颗卫星难以承担日益上升的业务量,由多颗卫星组成多层卫星网络的组网技术应运而生。但由于卫星处于外太空,环境恶劣,轨道信息易于探测,除自然因素和自身因素导致故障外,易受到蓄意攻击,因此描述攻防过程并对攻击导致的故障进行研究十分必要。预警卫星是人造卫星在军事方面的重要应用,其典型代表天基红外系统(SBIRS)作为一种多层卫星网络有着重要的研究价值。本文以SBIRS为研究对象,对其仿真模型建立、攻防过程描述以及故障诊断方面展开了研究,包括以下内容:(1)使用STK和OPNET软件,搭建SBIRS仿真模型。通过STK提供的卫星轨道的生成功能,形成所需轨道文件和卫星间的可见性数据。在OPNET中分别建立GEO、HEO、LEO和地面节点的模型,利用处理器模块和队列模块模拟卫星的通信过程,包括数据包的创建、发送、排队、接收和销毁。在节点的无线收发信机模块,设置函数模拟无线链路的各项特征。并建立数据包模型,用于模拟数据传输。最终形成4GEO+2HEO+24LEO的多层卫星网络模型。(2)利用博弈论知识,将预警卫星系统的攻防过程构建为静态博弈模型。首先描述了卫星的薄弱环节和可能遭受到的攻击。然后分别在完全信息和不完全信息情况下,分析双方应采取的策略,用仿真得到的容量数据刻画节点受攻击后的失效概率,提出基于仿真数据的攻防策略。最后根据仿真数据分析不完全信息下模型优化方向。(3)建立动态博弈模型,将整个攻防过程中双方交替的攻击和防守反击刻画为三个阶段,分析其收益情况,并详细介绍了一种可能攻防过程。将双方的成本量化,利用仿真获得的网络时延与成本的比值进行分析,给出停止攻击或者反击的条件。(4)在攻防模型的基础上,仿真运行模拟地面站监测到的数据以及收到的数据包,通过对这些数据的分析来判断卫星节点受攻击产生故障对网络产生的重要影响,据此给出其判定方法。再利用仿真验证判定方法的有效性。