直升机具有机动灵活、反应速度快等特点,在抢险救灾、紧急救援以及特殊作战等方面发挥了十分重要的作用。在直升机与地面通信中断、地面通信网络本身不健全或地面通信受到破坏的情况下,直升机可以与卫星进行通信达到远距离信息传输的目的。因此将直升机机动灵活与卫星通信距离远以及覆盖面积大等优势相结合,在特殊应用领域有很大的实用价值。但在直升机与卫星通信的过程中,由于天线会受到直升机旋翼遮挡,导致传输效率降低。因此,在旋翼遮挡的情况下,研究提高直升机与卫星通信效率的相关算法和设计实现具有十分重要的实践意义。首先,本文研究了提高直升机卫星通信传输效率的关键算法,并进行了仿真和分析。首先分析了直升机旋翼遮挡对通信的影响,接着介绍了基于时间分集的传统抗遮挡技术。随后提出了基于卡尔曼滤波遮挡预测技术的旋翼间隙突发传输方法,并进行了仿真验证,相比于传统的遮挡预测而言,提高了预测的准确性。最后介绍并引入了稀疏码分多址接入（Parse Code Multiple Access,SCMA）技术,并将SCMA（6?4码本）与广泛应用于直升机卫星通信中的低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code,LDPC）联合仿真,经分析,在信噪比3dB下,系统误码率小于10^5-,且频谱效率提高了50%,表明SCMA是提高直升机卫星通信的有效方法。然后,本文在原有固定速率的直升机卫星通信系统方案上进行优化,优化后的系统可支持64Kbps¹024Kbps的变速率传输,接着对系统方案进行改进,并完成相关软件和硬件架构的设计。首先对波形结构进行优化,并基于Matlab搭建直升机卫星通信系统仿真平台进行性能仿真。为了进一步提高传输效率,采用基于卡尔曼滤波的旋翼间隙突发传输技术,将通信速率提高至4096Kbps,并完成对应系统的改进和性能仿真。接着介绍软件架构和64Kbps¹024Kbps速率方案关键模块的硬件架构设计。经分析,方案改进前后,在信噪比3dB下,系统误码率均小于10^-5。最后,本文介绍了直升机卫星通信系统基于现场可编辑门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）设计实现、相关的系统测试和性能分析。首先,在所设计的硬件架构的基础上,对关键模块基于XC7K325T芯片进行了FPGA设计和仿真验证。然后介绍了经模拟的直升机旋翼遮挡信道的板级测试,以及经过真实卫星信道的测试,并将所得的测试结果进行性能分析和对比,表明该系统在信噪比3dB下,系统误码率小于10^-5,达到了设计的目的。