历经三十余年的发展与创新,GPS已经融入日常生活中的各个领域。信号捕获方面的研究始终是研究的热点之一,国内外围绕该方面已开展工作多年,取得了许多重要的成果。随着GPS现代化进程的推进,新增的民用信号正得到研究者们的广泛关注,为信号捕获算法的研究带来了新的活力。本文主要围绕弱信号条件下的捕获算法进行了研究,并结合使用了新增的民用信号L2C。主要工作包括:本文对传统的GPS信号构成和产生原理进行了阐述,结合分析建立了数字中频信号的数学模型。本文引入了三个用以评估捕获性能的分析指标:检测概率、虚警概率和信噪比增益;介绍了三种常规捕获中的基础模型,在分析与仿真验证后选择并行码相位搜索模型作为后续研究的基础。本文针对弱信号环境下信号功率微弱的特点,详细阐述了几种有效的改善信号质量的累积算法,根据理论分析和实验仿真比较各自的优缺点。相干累积算法对提升信噪比增益最为有效;非相干累积算法虽能提高捕获效率,但会引入平方损耗;差分相干累积算法在平衡两者优缺点的基础上被提出。本文在上述研究的基础上,提出了一种建立在差分相干累积上的改进算法,使用半比特法消除了导航数据符号变化对相干累积的影响;通过取模的方法避免了差分相干累积受到导航数据符号变化的干扰;采用圆周移位搜索方法减少了快速傅里叶变换及反变换的次数,提高了捕获的速度。仿真结果验证了改进算法在捕获性能上的优越,并且随着处理数据长度的增加而提高。本文针对传统信号的固有缺陷,通过对新增民用L2C信号的结构以及相关特性这两方面的研究,分析了两种信号的联合使用可能对弱信号环境中信号捕获算法的改进带来的积极意义。阐述了联合捕获的理论依据,给出了五种联合捕获的算法或结构。仿真结果表明联合捕获算法切实可行并且捕获性能相较于单信号的非相干累积算法要优越不少,验证了之前的理论分析,在捕获算法研究方面具有积极的意义。