卫星通信以人造地球卫星为中继站来实现地面站之间或地面站与航天器之间的通信。由于其通信距离远、覆盖范围广、不受自然灾害及恶劣气候影响等优点成为地面移动通信的辅助系统,特别是对应急救援通信、保密通信、远航通信及偏远地区通信等具有十分重要的意义。然而,卫星通信系统由于其空间通信链路缺少相应物理层的保护,呈现开放性和暴露性的状态,其传输的信息极易被侦听站截获,严重威胁国家重要信息和用户隐私的安全。因此,如何保障端到端的卫星通信安全成为全球通信领域广泛关注的问题。本文主要研究了端到端语音加密技术、语音水印技术及其软硬件实现方案,提出一种可以抵抗卫星通信低速率语音编码的端到端语音加密技术,加密待传输的语音信号,使其在卫星通信系统中始终以密文的形式存在,来保证卫星通信系统的语音安全。在此加密算法中,对端到端保密通信所涉及到的变换域语音加密算法、语音帧的同步及密钥传输等问题进行了深入的研究。论文的主要工作如下:(1)在端到端加密机制的基础上,发现现有的端到端语音置乱算法存在的一些缺陷,如加密算法相对简单,无法满足通信系统安全性的要求。对此,本文利用语音信号的频域特点,对频谱成分进行分析,根据其频段对语音信号的不同影响,对频谱结构进行了分段,并在此基础上对各频段进行不等分分组的置乱实验。通过对相邻的语音帧进行不同的置乱方式,得到新的基于频域置乱的加密算法。(2)研究了语音帧的同步及密钥在卫星通信系统中的传输问题。借鉴语音水印的思想,利用语音水印的同步来实现语音帧的同步,进而解决语音加密算法的同步问题。然后将加密密钥嵌入到将要发送的语音帧中,确保嵌入密钥的语音信号符合卫星通信信道传输的特点,来达到加密语音在卫星信道中传输的目的。(3)进一步地,为了验证该加密算法在卫星通信系统中实现的可行性,在欧星卫星电话上进行了实时通话的模拟实验。以运算速度快、性能稳定性好,成本低的STM32F405RG芯片为核心部件,搭建端到端语音加解密系统。软件仿真以及实际通话测试表明,该加密系统能够较好的应用于欧星手持终端,整体上实现了欧星电话端到端的保密通信,为欧星电话保密通信提供了一种安全、高效的解决方案。