随着地面5G通信技术的快速发展和商业应用逐渐成熟,万物相互连接的需求越来越大,天地一体化的通信技术发展趋势越来越明显。低轨道卫星具有比中高轨道卫星更低的通信往返时延,因此是最有前途的卫星通信系统。低轨道卫星通信与地面5G通信之间的融合通信是当前研究的热点和难点。低轨5G系统的初始随机接入相对于地面5G系统的初始随机接入具有更大的往返时延、多普勒频偏和小区范围。初始随机接入作为低轨5G系统中物理层上行链路建立初始同步的关键过程。通过初始随机接入的过程,基站侧识别出地面小区内不同的终端,并且与地面小区内的终端建立上行时间同步。本论文研究低轨5G卫星通信系统的上行随机接入的信号检测算法,并对接收端的信号检测中关键算法进行改进和实现。首先,介绍低轨卫星信道中的自由空间损耗、阴影衰落、多普勒频偏等信道传输特性。并对低轨卫星的多普勒频偏模型和多普勒频偏对系统的影响进行分析和研究。介绍5G物理层中随机接入的相关基础知识,如5G的帧结构、5G物理资源、ZC频域序列生成,以及初始随机接入时物理层基带信号的产生。其次,传统PRACH接收检测算法是基于时域检测,时域检测时的相关计算过程的时间延迟大且计算复杂度高,提出一种基于频域检测的算法解决时域检测的时间延迟大的问题和简化计算复杂度。将大点数的FFT计算优化为小点数FFT算。针对频偏产生伪峰,使得降低随机检测性能。分析了频偏对检测性能的影响,提出一种基于限制集的多个检测窗合并的算法解决频偏的问题。最后,本文将PRACH链路接收端的关键模块在FPGA平台上进行原型验证。原型验证的模块有ZC频域序列生成、频域相关模块计算、FFT/IFFT模块的计算、检测门限计算和峰值检测模块等。并且每个模块均要进行算法进行一致性测试,降低将来流片的风险。