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航天测控是航天技术的重要组成部分，对科学研究和国民经济的发展起着重要的作用。随着我国航天技术的迅速发展，已有的航天测控系统呈现出很多不足之处，新一代的航天测控技术正朝着数字化的方向发展。数字化包括调制方式的数字化和设备的全数字化，本文就结合这一特点对新一代航天测控系统中载波同步和信号解调进行了研究。新一代航天测控系统的下行信道一般选择QPSK作为其信号调制方式，本文首先研究了QPSK的载波同步问题，对其中的关键问题——低信噪比及大多普勒频移情况下的载波同步进行了系统的分析，对现有的不同方案进行了分析与比较。在此基础上提出了大多普勒频移下载波捕获的设计方案，采用自动扫描、判决反馈环和Costas环相结合，通过了仿真证明了其性能符合系统要求，进一步提出了一个以误差函数线性化为核心的同步方案以改善低信噪比下载波同步性能。而后研究了QPSK的数字化解调，分析了关键模块的数字化方法，给出了数字化解调算法，并研究了相干解调中的相位模糊问题，提出了一种解决相位模糊的新方法。此外，为增补新一代航天测控系统中多目标测控的能力，GMSK调制由于其较好的频谱特点和误码特性而被CCSDS推荐。本文分析了GMSK信号的特点及解调实现，试图设计一种BPSK、QPSK、GMSK通用的多模式解调器，因而研究了调制识别技术，分析了以决策论为基础的三种信号的调制识别方法，并提出了基于人工神经网络的调制识别方法。本文在理论分析的基础上，通过对其进行仿真，证明了算法的可行性和有效性。