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近年来，随着我国在人造地球卫星、载人航天等两大领域取得的巨大成功，深空探测作为中国航天活动的第三大领域，其重要性和必要性越来越受到人们的重视。而在深空探测中，多普勒接收机系统对探测器发送的信号进行模数转换、数字下变频等处理，获得信号的多普勒和积分总相位信息，进而帮助实现深空飞行器测速和深空无线电科学观测等任务。本文就是对深空探测用数字式多普勒接收机系统进行设计，实现对信号频率、幅值、相位等多普勒参数的测量。 本论文首先简要介绍课题的研究背景和意义以及接收机在国内外的研究现状。接着，根据系统的应用需求，提出总体设计方案:把FPGA作为数据实时处理的核心单元，模数转换器AD9269-20完成输入基带信号的采集，时钟芯片AD9516-4提供10Msps的采样时钟，DDR SDRAM存储器MT46V32M16实现数据存储，MAX3232完成串口通信，DC/DC变换器ISL8206M和LT1617提供整个系统的工作电源;并给出各个模块的硬件电路设计。然后，在硬件电路设计的基础上，利用Verilog HDL硬件描述语言完成系统外围模块的FPGA控制，以及核心模块的FPGA实现，主要包括时钟管理模块、数据采集与处理模块、数据存储与缓存模块、数据传输与通信模块以及数字下变频模块，通过ModelSim软件完成各个模块的功能仿真，仿真时序图符合设计要求，并设计了基于LabVIEW平台的串口调试软件。最后，给出多普勒接收机系统的调试与实现，借助于逻辑分析仪ChipScope、数字示波器、函数信号发生器以及MATLAB等工具完成系统各个外围模块和核心模块的在线调试与测试分析，以及相应模块的联合调试，并给出各个模块的性能分析与分析结果，实验结果表明，各个模块的设计达到了预期的效果。