相控阵天线具有扫描速度快、抗干扰能力强、波束指向灵活等特点,因而采用相控阵的卫星通讯系统越来越受到关注。卫星通讯系统中的阵列天线通常是安装在车、船、飞机等运动载体上,载体平台的运动将导致天线波束偏离卫星方向,从而影响信号的正常接收和通信。因此,如何自动并稳定地跟踪卫星是其中的一个关键问题。目前,机动目标的自跟踪技术在雷达领域应用较为广泛,但有关卫星自跟踪系统的文献等研究成果则相对少见。本文就相控阵卫星跟踪系统中的信号处理模块展开研究,分析了和波束形成与中频输出、角度估计和跟踪滤波模块的原理,对常见的角度估计和跟踪滤波算法性能做了对比,并以FPGA作为目标平台,实现了直接比相测角算法。首先介绍了相控阵天线的基本组成和原理,给出了系统整体架构,并介绍了系统主要信号处理模块的基本原理及处理流程,为后文的研究奠定基础。然后针对系统采用的均匀面阵,介绍了波束形成与中频输出、比幅与比相测角方法的原理,并对两种测角方法的性能做了仿真对比。结论表明在本系统中比相法具有更高的测角精度,选择直接比相法作为跟踪时的角度估计方法。此外论文还研究了相控阵卫星跟踪系统中的跟踪滤波技术。介绍了三种基本的跟踪滤波算法原理,通过对比选择α-β滤波作为系统跟踪滤波方案。并通过仿真讨论了信噪比、通道幅相误差、波束指向误差和载体姿态测量误差对跟踪滤波性能的影响。为跟踪滤波算法的工程应用提供了理论参考。最后研究了基于FPGA的直接比相测角算法的实现,主要包括接收信号预处理模块、基于CORDIC算法的基本运算单元、相位差求解和角度求解模块的实现方案、模块结构以及仿真结果。文章还完成了基于FPGA的直接比相法的实验测试。实验表明基于FPGA的直接比相测角算法能够正确地实现角度估计功能,方位角和俯仰角测角误差分别约在1.5。和1。以内。