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人类一直在探索地球以外的宇宙环境，深空探测是了解宇宙的重要途径和方法。深空探测目标远在几十万千米以外，电磁波在空间的传输，随着传输距离的增加，电磁波损耗成平方比例衰耗。同时，深空探测器的移动性，使得微弱信号的载波参数更加易变，进一步降低了接收信号的信噪比，导致接收端的信息无法解译。因此，深空通信的低信噪比和强相位偏移条件，对弱信号接收估计与检测技术提出了新的挑战。本文的工作主要分成两大部分，首先搭建一个信息删减载波同步系统，然后提出一个旋转度量函数，给出完整的相位模糊解决方案。本文通过对低密度奇偶校验码（LDPC）编、译码过程的详细分析，优化校验矩阵的构造方式，在加性高斯白噪声(AWGN)信道下使用(1944,972)的LDPC码字，接收机可工作于比特信噪比1.7dB以上。编码方案的引入，使得同步环路的输入信息如果包含有调制数据，将会出现平方损耗的问题，例如信噪比(SNR)为0dB时，Costas环的平方损耗为1.76dB。本文介绍了一种性能优良的信息删减载波同步(Information-reduced Carrier Synchronization, IRCS)系统，LDPC译码器和同步模块的信息传递中，译码软信息辅助去除调制数据，抑制同步环中信号和噪声的叉积噪声，从而消除平方损耗。仿真结果显示，在0.4dB到1.7dB的范围内，提出系统的比特误码率(BER)曲线相对理想系统的损耗均在0.2dB以内，很好的解决了平方损耗问题。载波同步系统中的相位模糊问题很少被人关注，却又是实际应用的主要困难之一。本工作分析了前缀序列解决相位模糊的劣势，利用译码器输出的冗余信息，建立一个旋转度量函数(Rotational Metric Function, RMF)，鉴别模糊相位。最后进行系统仿真，在AWGN信道下使用(1944,972)的LDPC码字，平均估计值仿真表明了系统可以捕获±180o范围内的相位偏移，根均方相位误差仿真表明在0dB到4dB的范围内，提出的方法使系统与修正的克拉美劳下界（Modified Cramer-Rao lower bound, MCRLB）始终保持在1o的均方误差以内，BER仿真表明系统逼近理想同步性能。