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在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)中，GNSS矢量跟踪技术通过融合信号跟踪与导航计算以实现二者相互增强，既能提高信号跟踪的灵敏度及动态性能，实现信号桥接，又能提高导航计算的精度和连续性，被普遍认为是下一代GNSS接收机的关键技术之一。非相干矢量跟踪技术对传统标量接收机改动小，同时能带来令人满意的性能，是目前矢量接收机硬件实现的优选技术。论文以我国北斗卫星导航系统为研究背景，以接收机性能增强为目的，以非相干矢量跟踪技术为主要研究对象，针对目前非相干矢量跟踪研究的不足，从实验平台搭建，基带定位融合算法设计，非相干矢量跟踪环路算法设计、性能分析与评估、性能验证五方面开展研究工作。
在实验平台搭建方面的主要工作有:针对基于MATLAB的软件接收机“数据处理效率”与“仿并行运行”之间的矛盾，设计了基于“码相位推算”、“通道距离监测”、“粗授时”、“整数毫秒测距”的伪距测量方案，解决了伪距观测量同步提取问题，使软件接收机具有“仿并行运行”的特性及扩展为矢量接收机的能力，兼顾了程序运行效率，为论文的算法验证提供了实验平台。
在基带定位融合算法设计方面的主要工作有:第一，针对传统接收机基带算法脆弱性，提出了在导航域中完成捕获、位同步、通道发射时间初始化的方法。通过引入“虚拟路径”的概念，推导了导航滤波器辅助计算信号发射时间、码相位、相关值比特相位、绝对时间标记算法。第二，推导了导航滤波器辅助法的误差传播方程，分析了辅助量的误差源及传播特性。第三，通过理论分析和实验比较了传统基带算法与导航滤波器辅助法性能，结果显示导航滤波器辅助法能显著提高基带功能成功率，降低观测时间。
在非相干矢量跟踪环路算法设计方面的主要工作有:第一，针对矢量码环严重依赖初始条件问题，提出了一种新型矢量码环控制算法（矢量码环绝对法），其特点在于采用导航滤波器绝对状态量直接计算码相位并闭合码环。第二，推导了非相干矢量跟踪环路的误差传播方程，理论分析和数值仿真显示，与“采用导航滤波器状态增量闭合码环”的控制算法相比，矢量码环绝对法对初始条件依赖较小且抗差性能较强。第三，针对矢量码环“码相位直调”硬件实现困难的问题，提出了“码相位增量调整”的设计思路以调节本地码相位到设定值，容许控制延迟，便于硬件实现。第四，设计了基于矢量码环绝对法的非相干矢量跟踪算法，全面而深入的讨论了系统模型、参数设置、运行时序、算法流程、硬件实现相关问题。
在非相干矢量跟踪环路性能分析与评估方面的主要工作有:第一，针对非相干矢量跟踪环路结构分析和性能定性分析的不足，从系统方程和残差构建角度分析了标量和非相干矢量接收机异同，从“信号损失”和“星间辅助”角度定性分析了矢量跟踪环路的优势。第二，推导了矢量码环绝对法码跟踪偏差的数学表达式，阐明了大气延迟估计误差到码跟踪偏差的传播机理。第三，针对性能分析中“解析分析”法和“实验分析”法的不足，提出了一种基于“半解析”构架的非相干矢量跟踪环路快速仿真与性能评估方法，该方法综合了“解析分析”和“实验分析”的优势，具有场景与环路参数设定灵活、跟踪和导航误差计算精确、评估速度较快、评估结果贴近实际的优点。第四，利用“半解析”法分析了非相干矢量跟踪环路噪声性能及动态性能，讨论了卫星数量、环路参数对环路性能的影响，分析了矢量码环绝对法的码跟踪偏差问题。
在非相干矢量跟踪环路性能验证方面，通过处理“城市峡谷”环境中实际采集的中频数据，比较了标量接收机、非相干矢量接收机及NovAtel接收机板卡的性能。标量接收机采用了通道监测和清除、重捕获、带宽自适应技术以提供更具说服力的对照组。实验结果显示，非相干矢量跟踪环路在信号跟踪性能和导航精度方面均强于标量跟踪环路。在定位精度方面，采用单北斗系统的非相干矢量跟踪环路尚不能超过融合四大GNSS信号的NovAtel接收机。但是，非相干矢量跟踪环路在卫星数量较少、卫星几何分布并不优良的环境中仍然能提供十分接近参考轨迹的二维定位结果，局部直行路段没有出现NovAtel Propak6TM接收机的定位异常问题，局部拐弯路段能提供比NovAtel Propak6TM接收机更加贴近参考轨迹的二维定位结果，测速精度超过了NovAtel SPAN-CPT组合导航系统内部的接收机板卡。虽然论文的算法是在北斗系统中设计、测试的，但同样可以应用到其他GNSS中。
在实验平台搭建方面的主要工作有:针对基于MATLAB的软件接收机“数据处理效率”与“仿并行运行”之间的矛盾，设计了基于“码相位推算”、“通道距离监测”、“粗授时”、“整数毫秒测距”的伪距测量方案，解决了伪距观测量同步提取问题，使软件接收机具有“仿并行运行”的特性及扩展为矢量接收机的能力，兼顾了程序运行效率，为论文的算法验证提供了实验平台。
在基带定位融合算法设计方面的主要工作有:第一，针对传统接收机基带算法脆弱性，提出了在导航域中完成捕获、位同步、通道发射时间初始化的方法。通过引入“虚拟路径”的概念，推导了导航滤波器辅助计算信号发射时间、码相位、相关值比特相位、绝对时间标记算法。第二，推导了导航滤波器辅助法的误差传播方程，分析了辅助量的误差源及传播特性。第三，通过理论分析和实验比较了传统基带算法与导航滤波器辅助法性能，结果显示导航滤波器辅助法能显著提高基带功能成功率，降低观测时间。
在非相干矢量跟踪环路算法设计方面的主要工作有:第一，针对矢量码环严重依赖初始条件问题，提出了一种新型矢量码环控制算法（矢量码环绝对法），其特点在于采用导航滤波器绝对状态量直接计算码相位并闭合码环。第二，推导了非相干矢量跟踪环路的误差传播方程，理论分析和数值仿真显示，与“采用导航滤波器状态增量闭合码环”的控制算法相比，矢量码环绝对法对初始条件依赖较小且抗差性能较强。第三，针对矢量码环“码相位直调”硬件实现困难的问题，提出了“码相位增量调整”的设计思路以调节本地码相位到设定值，容许控制延迟，便于硬件实现。第四，设计了基于矢量码环绝对法的非相干矢量跟踪算法，全面而深入的讨论了系统模型、参数设置、运行时序、算法流程、硬件实现相关问题。
在非相干矢量跟踪环路性能分析与评估方面的主要工作有:第一，针对非相干矢量跟踪环路结构分析和性能定性分析的不足，从系统方程和残差构建角度分析了标量和非相干矢量接收机异同，从“信号损失”和“星间辅助”角度定性分析了矢量跟踪环路的优势。第二，推导了矢量码环绝对法码跟踪偏差的数学表达式，阐明了大气延迟估计误差到码跟踪偏差的传播机理。第三，针对性能分析中“解析分析”法和“实验分析”法的不足，提出了一种基于“半解析”构架的非相干矢量跟踪环路快速仿真与性能评估方法，该方法综合了“解析分析”和“实验分析”的优势，具有场景与环路参数设定灵活、跟踪和导航误差计算精确、评估速度较快、评估结果贴近实际的优点。第四，利用“半解析”法分析了非相干矢量跟踪环路噪声性能及动态性能，讨论了卫星数量、环路参数对环路性能的影响，分析了矢量码环绝对法的码跟踪偏差问题。
在非相干矢量跟踪环路性能验证方面，通过处理“城市峡谷”环境中实际采集的中频数据，比较了标量接收机、非相干矢量接收机及NovAtel接收机板卡的性能。标量接收机采用了通道监测和清除、重捕获、带宽自适应技术以提供更具说服力的对照组。实验结果显示，非相干矢量跟踪环路在信号跟踪性能和导航精度方面均强于标量跟踪环路。在定位精度方面，采用单北斗系统的非相干矢量跟踪环路尚不能超过融合四大GNSS信号的NovAtel接收机。但是，非相干矢量跟踪环路在卫星数量较少、卫星几何分布并不优良的环境中仍然能提供十分接近参考轨迹的二维定位结果，局部直行路段没有出现NovAtel Propak6TM接收机的定位异常问题，局部拐弯路段能提供比NovAtel Propak6TM接收机更加贴近参考轨迹的二维定位结果，测速精度超过了NovAtel SPAN-CPT组合导航系统内部的接收机板卡。虽然论文的算法是在北斗系统中设计、测试的，但同样可以应用到其他GNSS中。