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随着智能设备的普及,导航应用的需求逐渐被挖掘,基于用户位置的服务也慢慢地成为了人们的生活的一部分。同时,应用场景多变、复杂的特性也对导航设备的性能提出了挑战,GNSS作为最重要的室外导航方式,其性能的提升对导航的发展起着至关重要的作用。城市楼群、峡谷、森林等环境下,信号的透射、折射、反射等都会导致能量衰减,严重影响着GNSS接收机的捕获、跟踪性能,导致接收机定位精度、连续性严重恶化,因此高灵敏度接收机应运而生。捕获作为信号同步的第一步,直接影响着接收机的性能。针对捕获参数配置与优化问题,在分析各因素对弱捕获性能影响后,设计了一种基于蒙特卡洛仿真的捕获性能评估方法;针对弱信号环境下互相关干扰严重的问题,基于理论分析和测试验证对其特性进行了定量分析,为互相关干扰的抑制提供了依据;针对信号能量衰减导致常规比特同步方法不适用的问题,通过仿真对比分析了直方图法和比特能量法的性能,同时分析了不同比特跳变概率下比特能量法的同步效果。跟踪是对信号参数进行精细估计的过程,对弱信号的跟踪水平很大程度上决定了接收机对复杂环境的适应能力。针对常规鉴频器积分时长受比特跳变限制问题,设计了一种适用于弱信号的FFT鉴频器;针对动态与灵敏度互相矛盾的问题,在环路中引入了惯性辅助,提高了动态环境下的跟踪灵敏度;晶振误差是影响跟踪灵敏度的重要因素,为此提出了一种基于锁相环分析晶振误差的方法,并阐明了晶振误差反馈至NCO的必要条件;针对弱信号环境下子帧无法同步、伪距(发射时间)无法提取的问题,本文提出了辅助信息下基于信号匹配的伪距提取的方法。最后,设计实现了一套完整的软件接收机系统。仿真器定量测试表明:在多普勒和码相位的辅助条件下,750ms积分对22dB-Hz信号具有90%的检测率;当定位误差达到100m(或60m)时,静态的跟踪灵敏度为11dB-Hz(或14dB-Hz),低于0.75g的动态跟踪灵敏度为15dB-Hz(或16dB-Hz),惯性辅助的跟踪灵敏度为12dB-Hz(或14dB-Hz)。车载实测表明:在开阔环境、复杂环境下,本文研制的软件接收机均展现了鲁棒性强的捕获、跟踪能力,接收机的整体定位效果与Ublox LEA-6T 的接近。