近年来,伴随着科技的进步,航空、航天、卫星等高动态情境下的通信系统发展越来越快,高动态情景下的通信接收机的设计已经成为一个研究热点。在高动态情境下,通信双方的高速运动会导致信号形成多普勒效应,产生频率偏移以及高阶的频偏变化率,造成信号的相位旋转,无法正常完成信号的解调。面对高动态情境下通信系统的新特性,相关传统载波技术技术已经无法适用。因此,将探索的目光转向基于高动态情景下频率快速锁定技术研究具有很重要的现实意义。本文主要针对数据辅助方式下时域相关的频率估计算法在高动态场景下的应用展开研究,主要包括:1、第二章介绍了传统的载波同步技术,主要分为闭环方式与开环方式两种。首先介绍了闭环方式下锁相环的基本原理,分析了其设计的关键参数。接着介绍了开环方式基于数据辅助的FFT频率估计算法,推导了其估计原理,针对FFT的精度问题提出了相关的改进方式。最后将重心放在了介绍基于数据辅助的时域估计算法上,具体为:Kay算法、Fitz算法、L&R算法、M&M算法以及互相关算法。推导了这几种算法的参数估计公式,分析比较了几种算法的估计精度,估计范围,计算复杂度,总结了几种算法相应的应用场景。2、第三章介绍了高动态情景下载波同步捕获技术。首先针对高动态环境下FFT算法会出现频谱展宽的问题,介绍了基于FFT的延迟自相关算法,仿真分析了其捕获性能,总结了算法的优劣势。接着推导了高动态情境下几种时域估计算法的参数估计公式,分析比较了几种算法的估计精度与估计范围。最后针对高动态下时域估计算法,提出了基于导频辅助的载波捕获算法,仿真分析了其捕获后频偏与频偏变化率归一化均方误差,证明满足跟踪部分的要求。3、第四章介绍了高动态情景下载波同步跟踪技术。首先介绍了基于锁频环辅助锁相环的载波跟踪技术。一方面根据跟踪频率以及相位范围确定环路的鉴频器和鉴相器,另一方面根据锁相环和锁频环的动态应力误差和热噪声误差门限分别确定两个环路的环路带宽,从而使锁频环和锁相环达到最佳的融合,最后仿真分析了其跟踪性能。接着针对闭环方式下环路带宽选取矛盾的问题,介绍了卡尔曼滤波代替环路滤波器的载波跟踪算法,分析了其算法原理。针对线性卡尔曼滤波算法在一些情景下无法适应的问题,又介绍了扩展卡尔曼滤波原理。最后针对闭环方式下载波跟踪的缺陷,提出了基于最小二乘法的数据辅助载波跟踪算法。此方式利用导频相间的帧结构,采用精度最高,计算复杂度最低的互相关算法作为频率估计算法。最后将估计的频偏作为最小二乘法拟合数据,充分利用导频信息,拟合估计出残余频偏变化率以及残余频偏。此方式充分发挥了时域相关算法的估计速度快,估计精度高等优势。在仿真中,总结了此算法设计时关键参数的设定依据,最后通过对比补偿后的QPSK误码曲线与理论误码率曲线,验证了此跟踪技术的正确性。