航天测控系统是对航天器的各项状态信息进行监控的系统,对于保证航天器的正常运行起到不可或缺的作用。由于具有高轨道覆盖率、高传输速率和低成本的优点,天基测控系统在整个天地一体化测控系统中扮演着日益重要的角色。本文主要研究天基测控系统前向链路终端的快速同步技术。在轨飞行器运行速度的不断提高导致了大频偏和高多普勒动态范围,航天器间相距较远的距离造成了接收信噪比低,接收机天线的窄波束给同步的建立时间提出了严格的要求,这些因素都使得快速可靠的建立通信成为航天测控前向链路同步的关键难题。本文主要研究内容如下:(1)对天基测控系统通信链路信号模型和直接序列扩频通信的原理进行了分析。研究了多种捕获算法,针对大频偏、低信噪比扩频信号快速捕获,重点研究了基于FFT的并行伪码相位搜索算法和Tong检测的相关峰徙动补偿的捕获方法。(2)天基测控系统中同步时信噪比动态范围较大,使用恒虚警概率检测算法在低信噪比条件下有较好的性能,但在高信噪比情况下由于判决门限低于信号旁瓣功率,导致捕获性能降低。本文提出了基于信噪比估计和噪声注入的恒虚警概率检的捕获算法,有效提升了恒虚警概率检测方法在信噪比动态范围大情况下的检测性能。(3)本文详细分析了载波环、码环和位同步环的原理和特点。为了克服高动态对载波跟踪的影响,采用了一种二阶锁频环并行辅助三阶锁相环的结构。(4)为了兼顾载波跟踪环路的入锁时间与跟踪精度,本文使用了一种切换带宽的载波跟踪算法,有效地解决了大带宽牺牲跟踪精度而小带宽牺牲入锁时间的矛盾。(5)本文对同步算法在FPGA平台上进行硬件实现,验证了本文使用的捕获算法与跟踪算法的可行性和可靠性。