在过去的几十年里,无线通信技术得到迅猛发展,与此同时,人们对无线通信的性能要求变得更加严格。为了满足使通信系统应用于低信噪比环境并且满足远距离传输的要求,微波超视距通信技术应运而生。微波超视距通信主要包含对流层散射通信和流星余迹通信两种,其中应用比较广泛的是对流层散射通信。对流层散射通信系统具有抗干扰能力强、无中继传输距离远、安全性高,机动性好等特点,广泛运用于军事通信系统及民用通信系统中。但是要发挥出微波超视距通信系统的上述诸多优点,通信系统的同步技术至关重要。因为通信系统只有达到高效精准同步才能进行解调和译码等后续处理。本文主要研究了对流层散射通信中的单载波频域均衡系统的同步算法设计与实现。首先,分析了对流层散射通信信道的传输特性,同时研究了单载波频域均衡系统、多输入多输出技术和常见的同步训练序列等基本理论；其次,设计了单载波频域均衡系统中的关键部分和三种不同的帧结构,包括含有同步帧的帧结构以及不含有同步帧的帧结构以及适用于信道测试的帧结构；最后,根据系统方案和不同的帧结构,详细地设计了同步系统,同时将时域捕获算法改进为频域捕获算法,并采用FPGA硬件平台实现同步方案。其中,重点分析了格雷互补序列的自相关特性以及在不同能量的噪声干扰下的自相关特性变化,设计了基于格雷互补序列的帧结构,采用时域的串、并行混合的相关检测方法进行捕获,为了进一步达到快速准确同步要求,采用快速傅里叶变换进行频域相关,使用迟早门结合样值调整进行跟踪,使用多径搜索和样值调整跟踪最强径。本文重点研究以下三个方面,第一是将码元跟踪和强径跟踪联合起来达到调整样值的目的。第二是将借助于同步帧同步的方案作出改进,直接利用改进的帧结构进行快速同步。第三是基于同步系统设计了信道测试方案,由此既验证了同步系统的可行性,也测试了实际信道的基本特性。结果表明在收发端频差小于2Hz,多普勒频移低于10Hz的条件下捕获临界信噪比低至-32dB,跟踪鲁棒性好。