随着卫星技术的飞速发展，空间飞行器的数量迅速增加，卫星通信的需求越来越大。受天线增益、平台规模的限制以及收发信机的相对运动，通信双方常在高动态低信噪比环境下进行通信。在高动态低信噪比环境下，传统解调器无法完成同步任务解调数据，研究高动态低信噪比环境下解调器的设计对通信双方实现通信至关重要。根据高动态低信噪比的特定环境，本文提出了粗同步加精同步的两级载波同步方案。粗同步采用两级调频率逼近算法估计信号参数，估计出的频偏及频率变化率进行初值抵消获得动态变小的信号。采用扩展卡尔曼滤波算法实时估计信号相偏进行精同步。符号同步算法中，通过对比模N积分算法和法罗内插算法，采用性能优越、实现简单的模N积分算法。本文在对各种同步算法仿真研究的基础上综合评估各种算法性能及实现复杂度，选择合适算法构建解调器系统，对解调器整体性能进行Matlab仿真，仿真结果证明本文设计的解调器在高动态低信噪比环境下能同步解调数据，误码率相比BPSK理论值有约0.5dB的性能损失。本文还实现了基于VHDL语言的解调器逻辑实现，并在硬件平台上完成调试工作，硬件测试结果表明在硬件平台上解调器误码率相比BPSK理论值有约1dB的性能损失。