随着信息产业的飞速发展,人们对于卫星通信的需求更加迫切。低信噪比高动态同存条件下的载波同步技术是实现卫星通信的基础。载波同步技术包括载波的捕获技术与载波的跟踪技术。本文对国内外关于卫星通信领域载波同步技术的研究现状进行了综合的比较和深入的分析,从一个新的角度对载波同步系统的设计进行了研究。首先,通过建立卫星通信视距模型并进行仿真,得到了高动态接收信号的多普勒频偏及频偏变化率的趋势,以及设计载波同步系统的参数要求。然后,在对传统的载波同步技术进行了研究的基础上,依据参数要求设计新型的同步系统。将AR模型双谱估计引入载波捕获模块的设计中。利用双谱估计自身对高斯型噪声的抑制能力提高载波捕获模块的抗噪性能。设计了AFC与Costas环相结合的载波跟踪模块,增加时域抽取单元来提高载波跟踪模块的抗噪性能。通过对系统各部件以及整体的MATLAB仿真,证明了系统能够较好的在低信噪比高动态同存条件下实现载波同步。最后,通过实施分通道载波捕获,变带宽、变抽取率载波跟踪等措施来改进系统。使改进后的系统在保证多普勒频偏接收带宽不变的前提下,进一步提高抗噪性能,以达到深空通信的要求。通过MATLAB仿真证明了改进系统能够在更低的信噪比条件下实现载波同步。