甚高频数据交换系统(VDES)是在传统海事自动识别系统(AIS)的基础上发展起来的未来海事通信系统,是国际海事组织主导的电子导航和全球海上遇险和安全系统的核心通信方式之一。VDES集成了AIS、特殊应用报文(ASM)和甚高频数据交换(VDE)业务信道,从空间上来看又分为地面VDE-TER和卫星VDE-SAT两个部分,赋予了VDES天地一体的特性。本文重点研究VDE-TER与VDE-SAT两种场景的帧同步算法以及VDE-SAT与同频段陆地系统兼容性问题。首先,本文深入调研了VDES的物理层核心技术,包括组成架构以及频率划分、物理层帧结构以及调制解调技术等,对各调制解调技术进行了误码率仿真分析并阐述适用于AIS、ASM、VDE的技术,上述内容也为后文的帧同步算法的研究和仿真提供基础。其次,本文探讨VDE-TER与VDE-SAT两种场景下的最佳同步算法。(1)研究了适用于VDE-TER的基于双巴克码的同步算法,重点推导其频偏估计算法,该算法具有性能良好、计算精简等特点。(2)探讨并实现了VDE-SAT的时频联合同步算法和差分相关同步算法,解决了卫星链路低信噪比、大时延、大频偏下特性下的同步问题。进一步地,本文对时频联合同步算法进行了计算复杂度的改进,通过频域变换计算信号互相关性,且采用分步搜索的方法简化运算量。(3)提出先假设估计、后差分相关检测的方法,解决了差分相关算法应用在扩频同步码时,正确检测点容易在低信噪比、大频偏情况下淹没在噪声中的问题,改善了算法性能。(4)最后,本文将设计VDES同步方案,对上述所有算法在MATLAB中进行定时同步、频率同步的可行性验证及性能分析;并且对VDE-SAT时频联合同步算法和差分相关算法从同步性能、算法复杂度等方面进行比较。最后,本文研究备受关注的VDE-SAT与同频段陆地移动系统(LMS)兼容性问题,在深入调研国际电信联盟等组织相关建议书的基础上建立LMS参考模型以及VDE-SAT干扰模型;根据LMS干扰要求,从链路预算、频谱利用率、覆盖范围等角度详细说明VDE-SAT面临的问题,为VDE-SAT的进一步的频率划分提供参考。