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船舶自动识别系统（AIS）是一种无线通信系统，用于海上船舶之间，船岸之间通信。传统AIS受到距离的限制，只能对近岸水域的船舶进行监管。星载AIS打破了这种局限，它通过卫星接收AIS终端的消息，同时将信息反馈给岸上的监测中心，以达到在大范围内监测船舶的目的。然而，受远距离和卫星与船舶之间相对运动的影响，卫星上接收到的AIS信号信噪比较低、带有大范围的时延和多普勒频移，信息无法正确检测。基于此，本文主要从帧同步和频偏估计两个方面研究了AIS信号检测，分析了现有算法的不足，并提出了改进方案：（1）针对AIS信号在传输过程中产生的大范围时延问题，本文基于AIS帧结构特点，提出了一种差分相关帧同步算法。算法中将AIS发送数据包结构中训练序列、开始标志和结束标志设计为间隔式特征序列作为同步码，通过差分相关运算来实现帧同步。仿真实验结果表明，该算法有较好的抗频偏特性，且在低信噪比下，性能要优于差分卷积法。（2）针对传输过程中AIS信号产生的大范围多普勒频移问题，本文在传统锁相环的基础上，提出一种最大似然（ML）辅助锁相环设计算法。算法中，首先利用ML算法初步估计频偏，对接收到的AIS信号进行频偏补偿，信号中残留的频偏将被缩小到锁相环快捕带以内，然后启动锁相环路进行频偏捕获和跟踪。仿真实验结果表明，该算法在大频偏和低信噪比条件下具有良好的跟踪性能。此外，本文还给出了线性相干解调和基于最大似然序列检测（MLSD）的Viterbi相干解调算法原理，并进行了实验验证。仿真结果表明，两种算法均有较好的解调性能。