随着科学技术的迅速发展，卫星通信技术以其通信容量大及传播距离远等特点已成为现代通信的重要方式，在应急通信、军用通信、民用通信及中继通信等方面具有广阔的应用前景。然而，由于信号的频率偏移及本地采样时钟与发送端时钟的相互独立，使得全数字接收对信号的最佳采样出现时刻偏差，从而造成整个系统误码率性能的下降。换言之，对任何数字通信系统而言，性能良好的同步系统是实现后续信号准确解调的关键。因此，定时同步在卫星通信中起着重要的作用。鉴于此，在同步系统中如何实现准确定时已成为了一个研究热点。目前，学者对定时同步问题已经开展了大量的研究工作。然而，现有的定时同步算法往往只从同步的速度或系统自噪声等单方面进行研究，并没有综合考虑它们对同步性能的影响，同时也忽略了信号传播中载波频偏带来的偏差。为此，本文提出了两种改进的时钟误差检测算法，即增强的Gardner时钟误差检测算法（Evolved Gardner，E-Gardner）和抗载波偏差的时钟误差检测算法（Anti CarrierGardner，AC-Gardner）。前者根据两相邻符号的极性跳转情况，用中间值法和符号函数来分别减小式样抖动和消除系统自噪声。后者同样以Gardner算法为基础，推导发现多普勒频移对时钟误差的影响具有周期性，可利用频谱搬移来解决信号的载波偏差问题。另外，多载波调制OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统中传送的应急数据每帧长度一般为毫秒级或秒级不等，如果无法检测到数据帧的准确到达时刻，便有可能丢失掉整帧数据。针对该问题，现有的一些定时同步算法仅考虑了前导的结构，并没有将其与帧同步及符号同步有效地结合起来。为此，本文提出了一种基于OFDM符号前导的联合检测同步算法（Combined DetectingSynchronization OFDM-based Preamble，CDSOP）。该算法先是利用良好的自相关特性对前导结构进行了改进，然后用粗定时完成对一帧数据中前导位置的大致估计。最后在粗定时的基础上，再对接收的数据帧进行细定时，从而便能准确检测到一帧数据中有用部分的起始时刻。本文在计算机上搭建仿真平台，对E-Gardner算法、AC-Gardner算法和CDSOP算法的性能进行仿真验证及分析。仿真结果表明，在既定卫星信道环境下，与其他现有算法相比，本文提出的算法不仅能有效地消除载波频偏带来的影响，而且还能明显地改善系统的同步性能，从而达到了定时同步的目的。