VDES（VHF Data Exchange System,甚高频数据交换系统）是IALA（The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities,国际航标协会）提出的新一代海事通信系统,为全球范围的航海船舶提供数据交换的服务。VDES系统由岸基VDES和星载VDES组成,实现全球范围的无缝覆盖。星载VDES是VDES地面网络的补充部分,主要覆盖地面网络难以覆盖的高纬度极地地区和远海地区。极地航海应用的星载VDES关键技术不仅可以满足极地航海船舶的通信需求,而且有利于提高星载VDES系统的公共吞吐量。因此,极地航海应用的星载VDES关键技术研究具有重要的意义。本文在综述国内外极地航海通信手段及星载VDES关键技术研究现状的基础上,研究并验证了极地航海应用的星载VDES关键技术,主要工作如下:1.构建了基于天地一体化的VDES系统架构,设计了星载VDES协议栈,分析了极地航海应用中星载VDES协议栈的关键技术,给出了星载VDES通信服务流程和星载VDES的性能;2.提出了一种极地地区完全覆盖的极轨道星座设计方案,根据不同星座的覆盖特性,在保证星载VDES传输时延要求的情况下,设计了适合极地航海应用的星载VDES卫星星座,并利用STK和MATLAB仿真软件,对该星座的覆盖特性和星地传输时延进行了验证;3.提出了一种改进的基于卫星方位角的星载VDES下行链路TDMA方案ISAB-TDMA（Improved Satellite Angle Based-TDMA）,该方案考虑了为用户停止服务的卫星方位角,保证了VDES卫星覆盖范围内的所有用户都能公平地接受到服务,在不影响平均吞吐量的前提下,提高了星载VDES的公共吞吐量,并利用MATLAB仿真软件,对该方案的公共吞吐量和速率分布等性能进行了仿真验证;4.基于Znyq和Cortex A9的无线通信平台,利用C语言,开发了星载VDES地面站、星载VDES卫星站以及星载VDES船载终端模块的链路层协议,实现了星载VDES极地航海应用的星载VDES同步、终端卫星定位信息上报、上行分组数据传输以及下行分组数据传输等功能;5.搭建了航海应用的星载VDES极地关键技术的测试系统,测试了星载VDES极地航海应用关键技术,测试结果表明,所构建基于天地一体化的VDES系统的星载VDES功能和性能可满足星载VDES极地航海应用。