数字接收机在地面深空探测网中扮演着重要的角色,负责接收飞行器的下行信号,并进行数据处理和存储,供后续基带信号处理模块进一步处理。对接收的数据进行处理分析就可以得到飞行器的位置、速度等信息,从而为飞行器进行定轨和导航。在天体观测中经常会对多目标长时间观测,为此需要设计一个具有多个通道输入多个通道输出的射频科学接收机(Radio Science Receiver,RSR)。本文首先调研了国内外各单位在数字接收机设计方面的工作,决定基于软件无线电的方式设计四通道8输出RSR,软件无线电的特点是模数转换模块靠近射频端,后期调试、修改和升级方便。基于软件无线电的框架,设计了一个由模数转换板、高速数字信号处理板和系统控制板等三层板结构构成的数字接收机。完成了基于Kintex-7 FPGA芯片的数字处理核心板设计,以便达到更高的信号处理规模以及更低的功耗,并充分利用FPGA芯片高速串行接口资源扩展了光纤传输、PCI-E数据传输的方式。接着完成了FPGA中数字逻辑部分的设计,其中主要包括输入分接模块、数据选择模块、混频模块、降采样模块、总线参数传递模块和数据传输模块。通过数字处理模块的设计,实现对输入信号的下变频、降采样和传输任务。其次对四通道8输出RSR的软件系统进行了设计,软件系统基于C/S架构(Client/Server,客户机/服务器架构),由用户层、服务层和驱动层组成。完成了总线通信部分和上位机软件的设计,其中总线通信部分基于TCP/IP协议,将FPGA映射为ARM的一段虚拟内存,通过设计总线读写函数完成FPGA所需的参数信息以及系统反馈的状态信息的传递。上位机软件使用Python语言进行设计,首先使用PYQT5这个库函数完成了用户界面设计,提供了一个良好的人机交互的界面,用户可以通过该界面实现程序下载、参数配置、状态读回和数据存储等任务。其次在上位机软件中完成了下变频频率自动计算算法的设计,通过与数字逻辑部分的内部数据选择器配合可以实现任意数据流向的四通道输入八路输出数字处理系统。最后一部分是接收机的整机性能测试,对系统输入特性、频率和通道一致性等指标进行了验证,测试结果表明新一代接收机满足指标要求。