载波跟踪技术是卫星遥测接收机中数字化解调的关键技术之一,而深空高动态环境会给地面站解码小卫星遥测数据带来影响,虽然地面测控站有常规的卫星遥测数据解码设备,但价格昂贵,并受卫星型号的限制;另外低成本解决方案也会带来多普勒频率漂移,进一步导致多普勒频率补偿出错。针对以上弊端,本文基于深空测控系统中低轨道小卫星原始遥测数据解码,并且外界没有多普勒补偿设备的背景下,对现有载波跟踪环路结构进行研究,提出一种新型载波跟踪方案,提高小卫星的遥测数据的解码正确率。本文首先介绍低轨道小卫星测控通信系统的组成,遥测数据帧结构类型以及传输所需的相关通信协议。接着重点研究载波跟踪技术中应用较广泛的锁相环和锁频环的结构组成及工作原理,并针对锁相环和锁频环的跟踪精度进行实验仿真分析。其次,分别研究数字锁相环和两种不同结构类型的锁频环结构。针对低信噪比高动态下传统锁相环跟踪精度低的缺点,首先研究对解调小卫星调制数据不敏感的数字科斯塔斯环,给出数字科斯塔斯环的环路滤波器与数控振荡器的设计,并对其跟踪性能进行实验仿真。另外针对深空测控系统的高动态环境下多普勒频率变化剧烈的问题,研究一种可以跟踪多普勒频率变化率的改进型锁频环结构,并对该锁频环跟踪性能进行实验防真,结果表明该锁频环能够实现对多普勒频率变化率的跟踪。此外针对经典鉴频算法鉴频特性不理想的情况,研究了基于最大似然频率估计器,由边带滤波器构成的锁频环结构,在GNU Radio平台下对其跟踪性能进行仿真。基于以上研究,本文提出一种二阶数字科斯塔斯环与二阶基于边带滤波器的锁频环结构相结合的新型联合载波跟踪方案。仿真表明新型联合载波跟踪环路对频率阶跃信号、频率斜升信号都有较佳的跟踪性能。最后在GNU Radio平台下编译代码实现该跟踪方案模块化,将其应用到现有小卫星遥测数据decoder中进行改进,解码结果表明该方案载波跟踪精度高,解码出的数据包数比改进前的decoder解码数目平均多出十个左右。