随着无线通信的日益发展,卫星通信技术在民用和军用通信领域中扮演的角色越来越关键。为了保障卫星通信信号的可靠传输,以及出于国家安全战略的需要,研究卫星信号监测系统的关键技术具有十分重要的意义。然而,目前在频偏和低信噪比下,卫星信号监测系统中的码元速率估计和调制识别存在精度低、复杂度高的问题。针对这些问题,本文设计了卫星信号监测系统的总体架构,并主要对系统关键技术中的码元速率估计算法和调制识别算法进行了重点研究,同时实现了卫星信号自动化监测系统。本文主要的研究工作如下:1、对频偏和低信噪比下的码元速率估计算法进行了深入研究,提出了改进的包络速率法。首先,通过理论分析得出了循环谱法和小波变换法估计精度受频偏影响的结论,并通过计算机仿真验证得知小波变换法对频偏敏感程度最大。其次,理论推导了速率信号法估计码元速率的原理,并改进了频谱细化算法,这种改进算法和CZT算法相比具有更低的复杂度。最后,提出了改进的包络速率算法,该算法对频偏具有稳健性。通过计算机仿真比较,结果表明,本文改进的包络速率法和延迟相乘法、循环谱法、小波变换法、速率信号法相比估计精度最高且实现复杂度低。2、研究了频偏下10种常见数字调制信号的调制识别算法,提出了改进的准高次方谱特征。首先,理论分析了频偏对高阶累积量的影响,并给出了对频偏不敏感的高阶累积量特征。其次,理论分析并提出了改进的准高次方谱特征,这种特征和高次方谱特征相比具有更低的复杂度。同时,计算机仿真结果表明,准高次方谱不仅保持了高次方谱的谱线特征,而且具有更高的检测概率。最后,在此基础上给出了抗频偏影响的特征集合,并分别运用决策树和随机森林作为分类器进行调制识别。仿真结果表明,基于决策树的调制识别算法在信噪比_bE/N₀大于7dB时,10种数字调制信号的平均识别概率大于96%,基于随机森林的调制识别算法在信噪比_bE/N₀大于5dB时,平均识别概率大于96%,相比决策树法具有更优的识别性能。3、利用USRP X310和GPU对设计的卫星信号监测系统进行了软件编程实现。首先,给出了系统的软硬件结构和功能,系统的主要功能有频谱显示、载波参数估计、码元速率估计、调制识别和星座图显示。然后对实现的系统进行测试,测试结果表明,本文实现的卫星信号监测系统能够满足预期的功能需求和性能指标。