星间链路泛指两颗卫星之间建立起的无线链路,支持独立的太空组网,能够有效减少传输时延,是卫星通信发展的重要趋势。星间链路在实现全球快速高效无缝连接,构建天地一体化通信网络进程中发挥着重要作用。毫米波星间链路的工作频段在60GHz左右,频谱资源丰富,且存在较为严重的大气衰减。因此,毫米波星间链路能够提供高速率的数据传输和相对安全的太空通信环境,被广泛应用于军事商业等领域,成为国内外众多科研机构的研究热点。本文主要针对毫米波星间链路的载波同步算法进行分析研究。本文首先分析了星间通信系统的组成和星间链路的传输特性,重点对星间链路中多普勒频移的特征进行研究。由于通信卫星之间的高速相对运动,星间链路中存在大多普勒频偏和不可忽略的多普勒变化率,直接影响接收端的正常工作。根据星间链路产生的时变大频偏,本文以工作在毫米波频段的无线通信协议IEEE802.11ad单载波频域均衡系统(SC-FDE)为基础,参考传统同步算法中利用训练序列进行两步自相关运算的方案,提出了基于卡尔曼滤波的载波同步算法。该算法分为两步,包括第一步的粗频偏估计和第二步的卡尔曼滤波。第一步的粗估计主要采用提取前后采样点相位差的思想,对前导序列格雷码的自相关函数进行相邻点差分计算来对抗噪声,并以此获得较大的估计范围。第二步的卡尔曼滤波使用卡尔曼滤波器来优化第一步估计结果以提高估计频偏值的稳定性,并跟踪星间链路中随时间变化的频偏。仿真结果表明,本文所提载波同步算法适应于星间链路的通信场景,能够进行高精度、大范围的载波频率偏移估计。此外,本文依据所采用的物理层帧结构和提出的载波同步算法,在FPGA开发平台Vivado上设计实现了完整的物理层基带链路收发流程,并且给出了所提载波同步算法的硬件实现思路和详细设计方案,为未来的实际应用奠定了基础。