电离层是行星近地空间环境的重要组成部分。火星电离层的研究，起始于上世纪60年代，并一直延续至今。已采取的探测手段主要是的就位探测和探测器与地球地面接收站之间的星－地无线电掩星探测。无线电掩星探测可以长期稳定地观测电离层结构而被普遍采用。然而星－地无线电掩星探测有两点局限。一是掩星试验受地球电离层等离子体扰动的影响，其探测精度不高(火星全球勘测者Mars Global Surveyor的探测精度为3×109m-3)。二是掩星试验受到地球－火星－太阳运行的几何关系限制，只能探测火星的太阳天顶角42°～138°区域内的电离层。　　 本论文以中俄联合火星探测计划为项目背景，开展中国和俄罗斯两颗火星探测器之间的星－星掩星探测试验。本次掩星探测是国际上首次星－星无线电掩星探测，有望对以往电离层掩星探测的盲区(正午和子夜区域)进行探测。另外，本次掩星探测接收机灵敏度－145dBm，相位测量精度优于5％周，通过仿真分析，反演得到电离层探测精度可以达到4×108m-3，是历史上首次高精度探测。　　 本文围绕火星电离层星－星掩星探测系统设计、掩星接收机设计、天线设计与实现、微弱载波信号的捕获、跟踪理论和实现、弱信号载波相位的高精度测量等内容开展研究工作，论文的创新和亮点如下：　　 1)、深入研究了无线电掩星探测理论，提出了一种星－星掩星探测火星电离层的总体设计方案并加以实现，此方案可以完全满足火星电离层掩星探测需求。将实现国际上首次高精度的火星电离层的星－星掩星探测，还将历史性的对正午和子夜区域火星电离层进行掩星探测。　　 2)、对超低温、超宽温度范围(－190℃～+90℃)天线存储技术进行深入研究，设计并实现了适应－190℃～+90℃宽存储温度范围的掩星接收天线。并通过最低达－210℃液氦制冷的低温存储试验。　　 3)、深入研究了微弱载波信号的捕获和跟踪方法，设计并实现了可以适应星－星无线电掩星探测高动态的弱载波跟踪环路，接收机灵敏度为－145dBm，达到了国际领先水平。　　 4)、对提高载波相位测量精度的方法进行研究，并进行设计验证，以实现弱信号条件下的相位高精度测量。