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低轨卫星传输系统由于其受地理环境影响小、网络顽存性强、用户终端小而灵活，是未来全球个人通信的重点发展方向。发展低轨卫星通信对我国卫星通信网络系统建设具有重大的意义。低轨卫星星地信号传输中面临各种挑战:卫星快速运动会产生较大的多普勒频移;星地之间距离相对较远，信号传输过程中损耗较大，接收端的信噪比情况不理想等。如何设计一种适应这种传输环境的信号体制，并在该体制的基础上做到信号的可靠传输、捕获、跟踪和同步，是卫星通信的研究重点。 根据十二五预研项目课题中的性能指标要求，设计了前向导频信道、控制信道、多路业务信道并行同步传输，返向业务信道信号突发异步传输的链路体制。系统体制采用扩频多址方式;选择Turbo码的作为信道编码方式，给出了各个信道的设计方案和信号处理流程。 依据Turbo码编译码原理和设计结构，根据系统误码率等指标要求，对Turbo码的不同性能参数进行了仿真，优选了1/2编码、交织次数8次，长度为2304的Turbo码作为系统信道编码方案。 导频信道作为所有信道同步的基准，其捕获和跟踪至关重要。在研究分析了串行搜索和并行码相位搜索等捕获算法的基础上，提出了符合卫星链路大动态低信噪比环境特点的PMF-FFT导频信道捕获方案，计算机仿真和FPGA实现结果验证了该方案在系统要求的多普勒频偏范围和变化率情况下的可靠性。 捕获之后，为了使信号能够稳定的跟踪与同步，采用延迟锁相环进行伪码同步;改进了锁频环辅助锁相环的结构，使之能够同时解决接收机遇到动态应力的鲁棒性和对载波相位的精确跟踪。 最终设计并搭建双通道硬件平台，并在平台上完成功能验证和性能调试。