皮卫星是现代航天中的重要研究领域,由于其具有体积小、重量轻、研制周期短等特点,因此越来越受人们的青睐。测控应答机作为皮卫星的重要子系统,主要负责星地链路间的通信,它的正常工作与否将直接影响整个卫星任务的成败。与传统卫星相比,皮卫星对测控应答机提出了更高的要求,它要求小型测控应答机在保证其基本功能实现的情况下在体积与功耗等方面均能适应皮卫星的任务需求。经过课题组数十年的努力,已经实现了高可靠、低功耗小型测控应答机的设计。然而随着航空航天领域的进一步发展,其不足之处也渐渐显现。本文仍旧从小型测控应答机高可靠、低功耗的设计角度出发,对现有的测控应答机进行改进与优化。本文首先从高可靠的设计出发,针对太空中存在的单粒子效应,提出了使用反熔丝FPGA来替换原有的DSP完成数字部分信号处理的方案。随后对现有测控应答机灵敏度不高的原因进行分析,结合现有的硬件平台提出了数模结合的载波跟踪环结构,从而有效地将灵敏度从-93dBm提升至了-110dBm。最后,考虑到小型测控应答机的通用性,本文在现有测控应答机的基础上增加了高速数传模块与射频前端天线网络盒模块。经过测试分析,以上各模块均能正常工作并达到了预期的指标要求。通过本文的工作,小型测控应答机能够分时地工作于USB(统一S频段)体制与高速数传体制。其接收灵敏度优于-110dBm,面积约为160cm2,功耗为3.2W,与同级别的其他测控应答机相比具有较明显的优势。