低轨卫星(LEO)不仅传输信号时延短、路径损耗较小,而且组网灵活、建网快。作为空地一体化系统的重要构成部分,由LEO卫星组成的通信系统已成为各国研究的热点。然而,在LEO通信系统中,卫星信号经信道传播后产生的多普勒频移现象会导致信号到达接收端时发生频偏和载波干扰;同时在卫星协作通信系统中,不同中继信号接收异步的问题会严重影响系统性能。目前,已有多普勒频移估计算法主要面向地面固定接收端且计算时间复杂度较高,同时在异步协作系统中,主要针对时延差为符号周期整数倍的情况给出了解决方案。针对以上问题,本文对LEO卫星通信下低复杂度和高精度卫星多普勒频移估计算法及多颗LEO卫星协作组网通信下的抗动态时延方法进行了研究。本文主要工作和创新点如下:1、针对椭圆轨道LEO卫星通信系统中的多普勒频移计算时间复杂度问题,本文提出了一种多普勒频移快速估计算法。该算法根据LEO卫星以椭圆轨道绕地球运行的特点,利用卫星轨道的半长轴、偏心率等参数预测了多普勒频移,并将计算中复杂的角度迭代进行了化简。所提算法具有较低的时间复杂度,适用于卫星通信系统下对多普勒频移的实时估计与补偿。仿真结果表明,在不同偏心率的椭圆轨道中,该算法与基于圆轨道的计算方法相比,具有更高的精度;与基于SGP4/SDP4模型的卫星多普勒频移计算方法相比,本文提出算法的时间复杂度更低。2、针对LEO宽带移动卫星通信系统中的多普勒频移计算精度问题,通过将椭圆轨道卫星下的多普勒频移预测结果与移动通信系统中OFDM符号前的循环前缀(CP)相结合,本文提出了一种多普勒频移改进计算方法。仿真结果表明,相较已有算法,所提出的方法提高了卫星信道和加性高斯白噪声信道下的多普勒频移计算精度,而且对由于地面接收端的高速移动导致的预测精度下降有一定的鲁棒性。3、针对协作LEO卫星通信系统中各中继转发信号到达接收端的动态时延差问题,本文从多颗卫星协作组网传输信号的角度出发,提出了一种双采样差分空时正交频分复用方案。该方案基于具有时延容忍的D-OFDM编码,在接收端构造了一种双采样方法。该方法在以符号速率采样的同时,对当前主瓣大于相邻旁瓣的区间内增加一次采样,并将两次采样结果等增益合并。仿真结果表明,在系统时延差为非符号周期整数倍的情况下,该方法较单采样方法能获得更高的接收信噪比,同时改善了系统误码性能。