随着移动通信和深空卫星通信技术的不断发展,人们对于复杂通信环境下可靠传输的需求越来越迫切。而现有通信技术的优越性能都需要依赖数字接收机中精确的载波同步算法。低信噪比下信道环境恶劣,传统的载波同步算法难以实现精确的载波提取,甚至在有些情况下完全失效,现有的编码辅助载波同步算法大多计算复杂度较高,估计范围较窄,不适应于实际应用。而在高动态环境下,通信系统的收发两端存在较大的相对运动,这会导致接收信号中产生较大的多普勒频偏和高阶变化率,严重超出传统载波同步算法的跟踪范围,造成通信系统的严重误码,影响信号的可靠接收。因此,研究复杂通信环境下的接收机同步算法在理论和工程实现中都具有重要的研究意义。本文的主要研究内容总结如下。(1)、本文首先介绍了数字接收机中载波同步算法的理论基础,详细阐述了这两种复杂信道环境下的通信系统模型和信号参数;然后,总结了复杂通信环境下实现高可靠通信的接收机载波同步算法面临的一些难点问题,重点研究低信噪比环境下的编码辅助载波同步算法和高动态环境下的载波同步算法。(2)、研究低信噪比环境下的编码辅助载波同步算法。针对现有的同步算法计算复杂度较高、载波参数估计范围较窄的问题,本文提出了一种低复杂度、宽范围编码辅助载波同步算法,首先采用基于M值的载波同步算法来实现载波粗同步,针对该算法在参数估计精度要求较高时,计算复杂度剧增的问题,本文提出了一种基于六边形M值搜索的低复杂度载波粗同步算法,首先简化了代价函数的计算;然后以较低的估计精度进行穷尽搜索,找到M值函数最大值对应的频偏-相偏点,以此点为中心搜索六边形的六个顶点所对应的代价函数并进行比较,得到粗估计最佳参数;其次采用基于Costas环的载波同步算法来实现载波细同步,并根据译码软信息的可靠性将后验均值离散化。理论与仿真结果表明,本文提出的编码辅助载波同步算法显著降低了算法的计算复杂度,提高了载波参数的估计范围。(3)、研究高动态环境下的载波同步算法。针对现有同步算法复杂度高、参数估计精度容易受到其他因素的问题,本文提出了一种联合Fr FT和MMSE的捕获算法,首先利用Fr FT的变换特性来进行多普勒参数粗估计;然后利用基于MMSE准则捕获算法来求解残留的多普勒参数,提高了算法的估计精度,又可以降低算法的整体计算复杂度;最后利用三阶锁相环跟踪残留多普勒频偏和频偏变化率,实现高动态环境下精确的载波同步。在此基础上,本文针对低信噪比和高动态并存的通信环境,提出了一种载波同步整体方案。首先利用导频序列来快速捕获较大范围的多普勒频偏和频偏变化率并补偿接收信号;其次,采用基于M值搜索的载波粗同步算法对接收信号中的相偏进行估计并补偿信号;最后采用基于EKF的编码辅助载波细同步算法来补偿残留的多普勒频偏、频偏变化率以及相偏等,从而实现低信噪比和高动态并存环境下的精确载波同步。