随着国防军事的发展需求,导弹、战机等先进武器设备的动态越来越高,这使得传统GPS接收机无法再进行导航定位,必须对其加以改进。高动态环境下,由于接收机与卫星的相对速度及其变化率很大,导致接收到的GPS信号会包含很大的多普勒频移及其变化率。如果采用传统的算法和结构进行跟踪,那么要想保持锁定就必须增加环路滤波器的带宽,但是这样会使进入环路的噪声增大,造成跟踪环失锁。如果不增加环路带宽,那么载波多普勒频移常常会超出环路的可跟踪范围,同样也会导致环路失锁。针对高动态条件下卫星定位存在的问题,本文设计了新的接收机结构和算法,主要包括基于免疫粒子群优化粒子滤波的载波跟踪算法和基于矢量结构的伪码跟踪算法。首先是载波的跟踪算法设计。高动态环境下的载波跟踪实际上可以理解为对GPS载波信号的相位、频率以及频率的一阶导数和二阶导数的估计。高动态条件下,这些载波参数不但变化较为迅速,还具有较强的非线性。综上考虑,本文提出采用适应非线性系统的粒子滤波方法来对载波的这四个参数进行估计的载波跟踪算法。但是由于粒子滤波本身存在容易出现粒子退化和样本贫化的特点,针对该问题,本文提出了免疫粒子群优化粒子滤波算法对其进行改进。该新算法避免了粒子滤波本身存在的问题,能够根据载体的运动状态动态调节带宽,并且不受系统的非线性和闪烁噪声问题的限制,较好地跟踪上高动态载波信号。其次是伪码的跟踪方法设计。伪码的频率比载波低,而且其跟踪可以用载波环辅助,因此受高动态影响相对要小的多,非线性也较弱。但是传统码环忽略了各卫星通道的相关性,没有利用通道之间的相互辅助作用,所以本文设计了矢量延迟锁定环路VDLL对C/A码进行跟踪。矢量结构与传统结构的区别是,每个通道不再自成回路,而是将观测到的伪距和伪距率直接传递给后面的导航滤波模块,然后得到每个通道的伪码NCO控制量。这种结构的好处是,充分利用了各通道的相关性,信息充足,估计出来的控制量更准确。但是这样通道之间可能会因为联系过于紧密而比较脆弱,本文提出通过监测卫星的信号质量、仰角和几何分布来优化可用卫星组合,从而提高定位精度,避免出现通道间的负面影响。最后分别利用传统GPS接收机和本文设计的基于矢量结构的GPS接收机处理仿真数据和采集的真实数据,并对仿真结果进行对比分析。结果表明本文设计的方法比传统方法动态适应力增强,而且定位误差也有所减小,证明了本文设计的接收机跟踪算法的有效性。