信号感知是太空态势感知的重要手段,通过对卫星下行信号分析可以对信号源进行探测、识别、跟踪和状态监控,对准确把握信号源的特征属性、位置、状态等信息发挥着十分重要的作用。随着现代通信技术发展,卫星信号源设计更加复杂。在无任何先验信息情况下,复杂噪底和低信噪比的信号检测和分析已经成为难点问题。本文针对上述困难和挑战做出了如下研究工作:(1)复杂噪底宽带信号自动检测和分离方法研究根据子带信号在频域的幅度分布特征,提出了复杂噪底下的宽带功率谱检测方法——分布式局部拓展方法。论文依据概率理论推导了阈值参数优选方法,利用实际海事卫星数据进行验证,结果表明在采用相同参数设置下,本文方法的误警率相比于LADACC方法降低了75%。(2)短时非连续信号瞬时同步参数估计研究了短时信号载波频率、载波相位、码频率和码相位同步参数估计方法,仿真分析了信噪比等因素对各方法估计精度影响。基于联合码频率和码相位构造优化函数,提出了新的码频率估计方法,仿真验证了该方法比基于小波的方法具有10倍以上精度提升。在已知码频率情况下,利用联合码频率和码相位优化函数,给出码相位解析解数学推导。经仿真验证在低信噪比时本文方法相比于LOGN等方法有近5倍精度提升,而且本文方法估计精度受过采样率、卷积因子等影响更小。在高信噪比时本文方法能够逼近修正的克拉美罗下界。(3)信号调制特征参数估计方法研究提出了基于高精度星座坐标估计的QPSK信号正交偏差估计方法和基于频谱分析的USB测控信号调制指数估计方法。推导了本文方法的理论估计精度,通过蒙特卡洛仿真验证了理论推导的正确性。通过对实际采集的数据进行特征参数估计获得了稳定的估计结果,以及通过USB测控信号调制指数估计结果再生信号与实际信号进行频域一致性比对,验证了本文方法的正确性和实用性。(4)非合作连续信号的同步参数高精度跟踪方法研究研究了非合作连续信号的高精度载波跟踪和码跟踪方法。1)基于同向-正交环模型提出了针对于非合作信号的高精度载波跟踪方法——拓展同相-正交环方法,结合长时间累积前馈载波同步模型提高载波鉴相精度。同时采用相位修正反馈方法,使得初始频率偏差的容忍范围增加两倍以上。2)基于扩频信号码跟踪模型提出了超前-延迟分段积分码环跟踪方法,利用码频率和码相位联合优化函数构造“码鉴相器”。将码频率引入环路滤波使得本文方法具有抗码频率偏差特性,同时码同步参数跟踪精度比传统M-GAD方法高10倍以上,且受卷积因子变化的影响更小。最后给出本论文创新点如下:1)提出了基于频域检测的分布式局部拓展频谱检测方法;2)提出了基于码频率和码相位联合优化函数的高精度码频率和码相位估计方法;3)提出了基于星座坐标估计的QPSK信号正交偏差估计方法和基于频谱分析的USB测控信号调制指数估计方法;4)提出了基于同向-正交环结构的非合作信号载波跟踪方法和基于扩频码环路结构的非合作信号码跟踪方法。