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跳频(Frequency Hopping,FH)通信是抗干扰领域中的关键技术之一,同步作为跳频通信的关键技术,决定着跳频系统的性能。对于高速飞行的空地通信或空空通信等具有大频偏的高动态环境,频率偏移对时间同步性能有着重要影响,而时间同步性能也决定了频偏估计的准确性,所以如何高效实现高动态环境中的时间同步和频率同步是同步问题的关键。本论文重点研究了高动态环境中跳频系统的同步技术,提出了适用于高动态环境的两级捕获算法和多级频偏估计算法,研究了基于插值的序列相关定时估计算法和基于Gardner思想的多级定时估计算法,对捕获算法和频偏估计算法进行了理论分析,并且对同步捕获、定时同步和频偏估计性能进行了仿真分析验证。论文的主要内容如下:首先,分析了高动态环境中跳频系统的需求并设计了跳频系统方案。在方案基础上确定系统跳频点数和时隙长度等参数,并据此设计系统帧格式。在系统帧格式的基础上设计了同步帧格式,并提出适应高动态环境的同步方案,详细阐述了本文提出的两级捕获方案及其序列设计。其次,研究了高动态环境常用的同步捕获算法,并推导了本文提出的两级捕获算法理论性能,包括捕获概率和虚警概率,然后仿真对比了传统串行捕获、两级捕获和部分匹配滤波(Partial Matched Filtering,PMF)算法的性能。仿真结果说明,在较小频偏下,传统算法可以完成捕获过程,但捕获性能比两级捕获算法差0.6dB左右。当频偏为十分之一符号速率时,由于较大频偏对相关峰值的影响,传统串行捕获算法已经无法完成捕获,而两级捕获算法和PMF-FFT算法均能很好的完成捕获。在相同虚警概率下,捕获概率为0.9时,两级捕获算法性能优于PMF-FFT算法1.5dB左右,但此时PMF-FFT的算法复杂度远高于两级捕获算法。接下来本文探讨了高动态环境中的频率同步问题,推导了传统相位差分和谱线估计法的理论估计范围,提出了基于符号级相位差分的频偏估计算法,并推导了 AWGN信道下频率估计的克拉美-罗界(Cramer-RaoLowerBound,CRLB)。在不同频偏下仿真验证了不同频偏估计算法的性能,仿真结果表明,在AWGN信道下多级频率估计算法的性能可以逐渐逼近CRLB。在衰落信道下,多级频率估计算法的性能由于多普勒扩展而出现平层,但仍优于传统算法,可以更好的应对高动态环境。最后,研究了高动态环境中基于插值的序列相关定时估计和基于Gardner思想的定时估计方法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,基于插值的序列相关定时估计算法由于有伪随机序列的辅助,性能优于基于Gardner思想的定时估计算法,更适用于含有数据辅助的系统。