近年来,高超音速飞行器在现代化战争中发挥着越来越重要的作用。高超音速飞行器信息的稳定传输,需要依靠高性能通信技术手段,扩频通信技术因具有较强的抗干扰、隐蔽性能,在高超音速飞行器通信领域得到了高度重视。针对高超音速传输环境的特殊性,从降低复杂度和传输性能的稳定性出发,本文提出了一种高性能M元正交扩频通信方案,通过严格的数学推导计算了所提通信方案的误码性能,分别对不同信道下M元单正交扩频通信方案和M元双正交扩频通信方案的抗噪性进行分析,推导了几种不同信道环境下的误码率解析表达式,针对高超音速飞行器时变运动状态对通信接收机产生的不良影响,提出一种部分匹配滤波—双加窗—快速傅里叶变换（Partial Matching Filter-Double Hamming-Fast Fourier Transform,PMF-DH-FFT）快速同步捕获算法。论文的主要工作和贡献总结如下:1)为提升高超音速飞行器的通信质量,提出一种高性能M元正交扩频通信方案。该方案中所需的M条正交扩频码序列通过将原型扩频码序列进行循环移位得到,传输过程中将信息数据按每k比特划分为一个符号,然后针对每个输入符号的信息内容,从M元扩频编码选择器中选择一条扩频码序列来进行信息传输。按这种方式发送的信号功率谱会更平滑,信号的隐蔽性会显著提高,误码性能可得到明显改善,本质上可降低误码特性曲线中的Eb/N0值。2)为准确评估所提M元正交扩频通信方案性能,通过严格的数学推导,得出所提方案在AWGN、Nakagami-m衰落和Rayleigh衰落信道下的误码率解析式,并通过仿真实验,分析了噪声功率、调制方式、扩频码序列长度、循环移位长度等参数对M元正交扩频通信方案性能的影响,并对所提方案经衰落信道后的误码性能进行仿真分析。结果表明,所提方案能显著改善误码性能,降低误码率曲线中的归一化信噪比,非常适合于对通信性能和信噪比要求都比较苛刻的高超音速飞行器应用场景。3)针对高超音速飞行器高速运动环境下信号捕获耗时长、捕获精度低等问题,提出·一种PMF-DH-FFT快速同步捕获算法。通过严格的数学推导分析了多普勒频偏、多普勒频偏变化率、相关损失等参数对所提算法性能的影响,推导了虚警概率,检测概率,平均捕获时间的解析式。理论分析和仿真结果表明,所提捕获算法完成对码相位的正确搜索和频率偏差的精准估计,性能优于传统同步捕获算法,更适用于对高超音速飞行器信号进行捕获。