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位置服务已成为国家安全、经济发展和社会民生依赖的重大基础设施,公共安全、应急救援、智慧城市等都迫切需要高精度室内外位置信息。现有无线网络定位技术主要包括广域定位技术(如基于2G/3G/4G移动通信网及广播网的定位技术)和局域定位技术(如无线保真(Wireless-Fidelity,Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(Ultra Wideband,UWB)定位技术等),但都无法同时满足覆盖范围广、定位精度高的需求。本文研究的通信导航融合系统是在不干扰原有通信信号基础上,复用移动通信网络的频率资源和基站,最终实现广域高精度、高稳定、高可靠和低成本的室内外连续空间定位。由于通信导航融合系统本身及其应用环境的高度复杂性,通信导航融合信号设计和导航基带信号处理的研究面临巨大挑战。本文主要对通信导航融合系统中同源时钟下抗多址干扰的码最优设计、计算资源受限下的高精度频率捕获、信噪比瞬时强波动下的鲁棒跟踪关键技术进行了深入研究,开展了理论研究创新和工程实践,主要的研究成果与创新包括:1、针对通信导航融合系统中同源时钟约束下的定位信号设计难题,在对伪随机码(Pseudo Random Noise,PRN)和截短码(Truncated PRN,TPRN)的码相关性研究基础上,设计了具有最优抗多址性能的混合码(PRN+TPRN)信号结构。在分析混合码中TPRN对捕获算法影响的基础上,提出了一种预估参考码相位的连续检测捕获算法,通过对参考码相位的预处理来提高捕获检测概率。仿真和实测结果表明,所提捕获方法能够实现对混合码码相位的有效估计,为接收机的后续跟踪处理提供保障。2、针对低计算复杂度、高精度的频率捕获问题,引入了快速正交搜索(Fast Orthogonal Search,FOS)估算方法,建立了 FOS候选函数与残余载波频率的映射关系,为降低计算复杂度,提出了一种基于并行快速正交搜索(Parallel Fast Orthogonal Search,PFOS)的精细步频率估计算法,减少了 57.43%的计算量。与基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的精细频率估计算法相比,PFOS算法能以更低的计算复杂度获得更高的频率分辨率。仿真和实测结果表明,PFOS算法提高了频率捕获精度,加快了载波跟踪环路的收敛速度,缩短了现有定位接收机的首次定位时间约5%。3、针对信号幅度突变下的载波稳定跟踪难题,分析了混合码对载波跟踪环路测量的影响,建立了基于卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)的锁频环(Frequency Locked Loop,FLL)和锁相环(Phase Locked Loop,PLL)的数学模型,引入模糊控制理论,提出了模糊控制算法辅助下的基于KF的二阶FLL辅助三阶PLL,实现了载波跟踪环路带宽和等效滤波器系数的自适应调整。仿真和实测结果表明,该算法改善了载波跟踪环路的抗噪声性能,提升了载波跟踪环路的跟踪精度和鲁棒性,加快了载波跟踪的收敛速度。与PLL和二阶FLL辅助三阶PLL相比,本文所提载波跟踪算法的抗信号幅度突变能力提高了5dB,且在高信噪比时拥有更高的载波相位估计精度。4、针对信号幅度突变下的高精度伪距获取难题,采用快照方式存储接收信号,通过多次重放分析快照前后相对独立的接收信号,降低了信号幅度瞬间突变的影响,推导了射频前端带宽与伪距测量的数学关系,提出了基于泰勒展开的快照重放式伪距测量方法。仿真和实测结果表明,该方法降低了码环对信号幅度突变的敏感程度,提升了快照重放下的伪距测量精度。与无限带宽伪距计算方法相比,该方法提高了实测伪距估计精度9.7%以上。