自21世纪以来,对于深空的探测已经越来越被各个大国所重视,并成为竞相探索的对象。在深空测控系统中,深空应答机用于解决深空探测卫星与地面通信站之间的测控通信,是深空探测卫星与地面通信站之间的桥梁与纽带,起着至关重要的作用。本文着重分析深空测控通信中的核心技术难点——极低载噪比下的载波捕获与跟踪技术,并提出了详细的针对性解决方案。研究内容和成果如下:1)提出一种频域补偿的算法来解决在极低归一化载噪比下因多普勒频移变化率引起的频域信号能量分布恶化导致无法直接通过FFT计算获得载波频点预估计的问题。并在FPGA实现资源受限的现实条件下,进一步提出一种迭代式的频域补偿算法,使资源占用以及处理时间开销得以大幅减小。2)提出一种采用三阶锁相环完成剩余载波频偏的频率锁定与相位跟踪算法。利用三阶锁相环能够实现对频移时变载波信号的无相位误差的捕获与跟踪,满足深空应答机的任务研制要求。同时,提出一种环路参数自适应方案以使锁相环路能够自动适应深空应答机所处的不同的任务工作场景。3)基于FPGA实现了上行载波捕获跟踪,通过大量的调试与测试,深空应答机整机的载波捕获跟踪灵敏度门限可达-155dBm,达到国内领先水平。