我国新一代卫星移动通信系统的研发,为推进我国广域互联通信和高通量数据传输提供了重要手段。稳定可靠的协议栈是卫星移动通信系统服务的重要基础,因此在协议栈的开发、测试以及应用方面需要开展多方面的研究。协议一致性测试是卫星移动通信系统正常运行的重要支撑,高效波束切换策略为卫星移动通信系统提供重要条件,可视化监测是卫星移动通信智能监控的重要实践。我国卫星移动通信在移动通信协议栈及测试方面存在的难题有:现有协议栈开发技术存在组件可重构能力和自适应性差,目标代码解封装效率低、实时性差的问题;因信道资源有限,均匀波束下的信道质量和资源分布不均,严重影响了卫星移动通信终端在不同波束下的切换服务;物理隔离的通信实体在同一测试用例驱动下存在消息的异步问题,离散的分布式运行数据难以有效聚合重组表达。本文在国家“863”计划支持下,围绕新一代卫星移动通信系统,对以上难题开展了深入研究,主要创新点如下:(1)针对目前协议栈开发存在组件重用难以及效率低的问题,主要研究了动态可重构的卫星移动通信协议栈开发技术,设计基于原子模型的可重构自组织协议栈开发模型,利用原子态的吸收和发散实现状态的自适应变换,提升协议栈开发的可重构性、自适应性和快速处理能力。相对于对象模型和过程模型,新模型开发技术的协议偏离度降低了22.2%和40.3%。开发的协议运行业务的连接时延分别下降了32.4%和36.1%。(2)针对协议栈测试存在物理隔离通信实体的消息异步问题,主要研究了基于稀疏聚类与多输入多关联并行推理的卫星移动通信协议测试与监测技术,设计双通道双渡口多输入协议栈测试架构、本体特征聚类协议栈索引压缩以及多输入多关联并行推理的网络行为预测,提升协议栈测试的效率和适应性。最后实现了以Iu接口为核心的协议测试平台,经验证测试平台的测试漏报率降低了 63.0%以及63.2%,降低了测试响应时间1.92s和2.53s。(3)针对均匀波束下信道质量和资源的非均匀性情况,研究了多因素融合的卫星移动通信容迟网络切换策略。设计虚拟波束细分聚类模型,构建融合信道状态、位置信息以及服务效用的波束切换综合模型,有效解决了卫星移动通信系统中波束切换成功率差,信道利用效率低以及“乒乓切换”问题,将平均切换成功率提升约2.5%,将乒乓切换概率降低近69.6%,满足高速移动台的卫星移动通信服务需求。(4)针对多尺度网络下传输图像信息的资源不足以及信道多径效应问题,利用拉普拉斯塔法将大容量图像分解为低分辨率图片。设计二值图象的特征形态,有效提升压缩图像的特征适应能力,基于高适应的特征图像研究了多尺度图像传输协议。提出M-Walsh卫星移动通信信道分配策略与协议,设计M-Walsh紧凑帧结构,实现基于M-Walsh码的频率偏移估计与信道同步策略,开发了融合时空特征的卫星信道分配协议和策略。最后,通过多尺度系统平台搭建,验证本文算法相对于L&R算法的频率偏移估计RMSE值提升近36.2%,BER性能提升了29.5%。