在深空探测任务中,接收到的信号中包含有极大的多普勒频率以及多普勒频率变化率。由于深空任务中探测距离遥远,接收到的信号非常微弱,这是深空信号测频接收所面对的主要问题。如何解决在低信噪比下的高动态信号的频率测量问题就是本文研究的目的。本文首先介绍了深空测控通信的特点以及已有的深空测频算法,并在此基础上提出一种基于二维分区的测频算法,利用频率信道化的思想,对接收信号频率以及频率变化率进行二维分区,将接收信号的频率划分为多个小块,在每一个小块中,信号的多普勒频移以及多普勒频率变化率都比较小,在进行频率信道化以后,每一路信号的频率偏移以及多普勒频率变化率都可以利用短FFT进行准确的测频。并且可以降低实际应用中的硬件资源、运算量、存储量等。在实际仿真过程中对算法的适用范围进行准确的研究。在满足系统整体要求下对算法进行部分改进提高。然后介绍了在实际设计时所采用的一种基于二维分区的频率捕获单元系统结构。在这种结构中,同时采用300个通道进行测频捕获,每一个通道都采用同样的结构,最后在优质的状态机下进行统一调度,实现准确的FFT测频。同时将系统划分为多个结构模块,并且分析了各个模块中的理论依据,对各模块的功能进行准确的划分,使得整个系统能够实现准确的测频捕获。然后对实际应用中的问题进行了分析,得出在本设计中最适用的结构。本文最后利用这种算法进行了单个测频通道的各种模块的硬件仿真设计,在每一个模块的设计中,对各个部分都进行了分析,并在各个模块中利用各种方法进行性能的提高。同时提出了在单个模块的优势以及缺点,为下一步的研究设计提供帮助。由于时间和条件的原因并没有对硬件设计进行实际系统的联试。但软件仿真表明算法可以准确对深空信号进行测频捕获。