星载AIS(Automatic Identification System,AIS)一种新型的船舶动态调控和助航避碰的海事航行安全保障系统,利用低轨近地卫星搭载AIS接收机,在高空中接收和解码船舶播发的AIS报文,扩展了通用AIS系统的工作半径,成为国家政府部门掌握国际航运业的发展趋势和海洋经济贸易脉搏的重要手段,有效地对我国的航运和经济贸易进行宏观调控,促进我国航运业和国民经济的快速发展。作为星载AIS接收机中的关键环节,AIS信号的时间和频率同步问题一直是国内外专家学者的研究热点。本文对经典同步算法进行仿真分析,并针对算法的不足提出以下方案:(1)针对经典算法估计精度和复杂度的缺陷,提出了基于相位响应重构的时间同步算法。基于最小二乘原理对相位脉冲响应进行简化重构,再对接收信号进行相位展开,从频域辐角中得到时延。该算法具有较高的精度,在低信噪比的情况下较经典的二阶自相关算法有较大的提升,运算复杂度也大大降低。(2)针对项目组设计的星载AIS接收机中频接收方案,提出基于FFT谱线插值的频偏估计算法。接收信号在中频上经过时间同步后,在先验序列的辅助下消除接收信号中调制信息的影响,通过信号频谱中的谱线最大值和相邻的谱线进行频率插值,估计得到高精度的频偏。理论分析和仿真实验表明该算法具有较大的频偏估计范围,估计精度较高,在高信噪比下算法与MCRB相差1.7dB。(3)通过分析二阶自相关函数中求和因子和算法性能的关系,提出一种两步求精的频偏估计算法,利用一个较小的求和因子获得大范围频偏下的频偏粗估计值,对信号进行频偏补偿,降低接收信号的频偏,然后通过一个较大的求和因子得到高精度的频偏估计值。仿真表明改进算法的估计范围可达2bR,估计精度较经典算法有大幅提升,十分接近MCRB。为检验同步算法的实际性能,对AIS系统中的VDL信号链路进行模拟,基于VDL链路信号对时间和频率同步算法的性能进行测试。