海洋浮标具有易布放、低成本、对水声信号的噪声干扰小等优势,是作为水下传感器网络的水面节点的不二之选。但海洋浮标存在能源消耗、外形体积的限制,制约着浮标功能和通信性能的发展与提升。论文以浮标卫星通信系统为背景,以系统低功耗和小型化为目的,针对控制软件的低功耗管理功能、利用姿态传感器实现天线小型化、通信体制的设计实现这三个问题展开探讨和研究,提升了浮标卫星通信系统的实用性、隐蔽性和可靠性。论文设计了基于ARM控制板的浮标低功耗管理系统,由ARM控制板实现各模块设备间有条不紊的数据通信和基于低功耗的系统控制策略。通过嵌入式Linux技术和合理的软件算法,根据卫星过顶时间,实现分时、分区、分模块的休眠、唤醒;在正常工作时,有条理地完成调制解调板、北斗/GPS模块、电源管理模块与ARM控制板之间的数据、指令传输功能。论文提出使用MEMS姿态传感器实现卫星通信性能的优化。通过MEMS姿态传感器和多传感器融合技术解算出浮标姿态,并将姿态信息作为波束控制的依据,以减轻对天线波束宽度的要求,有利于设计出高增益、小型化的卫星通信天线。在波形存储法和非相干一比特差分解调法的GMSK调制、解调仿真基础上,研究了GMSK发射机的FPGA实现,并重点概述了在FPGA上通过波形存储法实现GMSK调制的难点,并通过实验验证了该发射机的功能。针对浮标卫星通信系统关键技术的探讨研究及成果验证,不仅对研究更具实用意义的低功耗、小型化通信浮标具有参考价值,也为工程中研发浮标通信系统积累了宝贵的经验。