本发明涉及一种基于分层路由的组合式航天器数据处理方法，包括步骤：a.各航天器舱段与地面之间通过VCDU帧中的航天器标识符、虚拟信道、数据域三层标识实现天地链路传输多个航天器舱段的上行注入数据和下行遥测数据；b.航天器舱段与航天器舱段之间以及各航天器舱段内部周期性交互数据通过EPDU包中的应用进展标识符APID、副导头实现跨舱、跨分系统间数据的周期性交互；c.航天器舱段与航天器舱段之间以及各航天器舱段内部偶发性交互数据通过分包遥控帧中的航天器标识符、虚拟信道两层标识实现组合式航天器中的不同航天器以及航天器上不同单机设备间交互指令。根据本发明的方法，能够实现器上数据处理的标准化、自主化，使系统具备良好的扩展性。