卫星通信可在全球范围内实现普遍服务,不受地震、暴风雪等自然环境和自然灾害的影响,在国际上影响广泛。在卫星通信中,常使用突发模式进行信号传输。突发信号相对于连续信号而言,具有更高的抗截获、抗干扰能力。卫星通信系统的可靠性主要受到载波同步模块的影响,而载波捕获是载波同步模块中的重要部分,负责将载波频率牵引到跟踪环路带宽内,以方便后续模块对载波进行跟踪。但是低轨卫星和用户终端间高速的相对运动导致了强烈的多普勒效应,使接收到的信号产生严重畸变,如大频偏、时变频偏等,使得接收方的载波捕获过程更加困难。因此,如何对卫星突发信号进行载波捕获是本文的研究重点。鉴于卫星发射功率低、收发天线增益小,卫星通信中的载波捕获算法要能在低信噪比中使用。并且算法复杂度不宜过高,否则将引起星上资源超负荷。所以,低信噪比和低复杂度是本文必须考虑的两个关键因素。为解决上述难题,本文将从下述两个方面着手,围绕突发信号的载波捕获开展研究工作。在静止或低动态通信场景中,近似认为在观测时间内频偏固定,将接收信号看作复正弦信号,载波捕获只需捕获频偏。本文首先重点研究了以Kay、L&W、Fitz、L&R、M&M算法为代表的传统参数估计方法。研究表明,上述算法存在估计范围、估计精度、信噪比门限三者不能兼顾的问题,因此本文提出NEW算法,该算法采取联合估计的思想,以更高的估计精度实现了低信噪比下的大频偏捕获。在高动态通信场景中,频偏在观测时间内呈现时变特性,将接收信号看作线性调频信号。载波捕获不仅需要捕获初始频偏,还需要捕获频偏变化率。本文首先重点研究了以延迟自相关、离散Chirp傅里叶变换和一级调频率逼近算法为代表的传统参数估计方法。然后针对延迟自相关算法无法在低信噪比下实现线性调频信号参数估计的问题,提出一种基于导频辅助的DFT时变频率捕获算法。该算法基于两次FFT运算实现了线性调频信号的参数估计,并且具有更低的信噪比门限。针对一级调频率逼近算法运算复杂度高的问题,本文提出了基于三分法的调频率逼近算法,该算法从频率变化率步进划分的角度进行优化,解除了一级调频率逼近算法中步进大小与估计精度以及运算复杂度间的约束关系,使系统的运算量得到降低。