在卫星移动通信系统中，由于卫星与移动终端之间的相对运动，会导致多普勒效应。对于低轨卫星移动通信系统，卫星运行速度快，在通信中会产生较大的多普勒频偏，使得接收端的解调等过程变得非常困难，直接导致系统性能的降低。为保证通信的可靠性，必须分析卫星在可视范围内移动终端的多普勒频偏和变化规律，从而补偿多普勒效应，提高通信质量。本文针对国内外多普勒频移估算和补偿的研究现状及发展趋势，对卫星移动通信系统的链路和信道特性等方面进行了详细分析。结合多普勒效应的相关特性，分析了多普勒效应对通信系统的影响。本文在已有研究的基础上，对卫星通信系统中多普勒效应的估算和补偿进行了深入研究。以下是针对卫星移动通信系统中的多普勒效应开展的多普勒频移估算和补偿相关研究：(1)提出了一种简化的多普勒频移估算算法（SDE，Simplified DopplerEstimation）。该算法建立在几何学分析的基础上，利用距离变化率得到相对速度，进而计算多普勒频偏。本文对该算法在不同频段下的多普勒效应进行仿真，得到了可视范围内的多普勒频偏大小和变化率，并且对MPSK调制解调方式可容忍的频偏范围进行了分析计算。相对于传统的计算方法，采用本文提出的SDE算法估算多普勒频移简单快捷，无需过多的轨道参数，而且能够有效的提高计算速度。该方法不仅适用于估算低轨卫星对移动终端、高轨卫星对移动终端的多普勒频偏，还适用于估算低轨卫星对高轨卫星的多普勒偏移。(2)提出了一种多普勒频移补偿验证方案，并完成了该方案的半实物仿真。本文在基于提出的多普勒频移估算方法的基础上，分析了两种典型的补偿方案：导频法和DDS+PLL补偿方法。通过对比这两种方法，提出了DDS+PLL多普勒频移补偿方案的验证框架，并采用软、硬件相结合的方式，实现了该验证方案基于FPGA的半实物仿真。为保证该平台的正确性，该方案采用信号频谱分析仪、数字信号分析仪、示波器等设备辅助完成了相关功能测试。本文研究的多普勒频移估算和补偿方案，为改善移动卫星通信系统的通信质量提供了理论依据和解决方案，具有一定的理论意义和实用价值。