作为为近年来全球发展最快的信息产业之一，以GPS为代表的卫星导航产业在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。但是在城市，森林，山区等环境下，遮挡、多径和干扰等现象较严重，这会造成信号的衰弱和退化，现有的普通捕获技术就不能够满足捕获低信噪比条件下GPS卫星信号的需要。因此如何在微弱信号条件下实现信号的捕获成为人们研究的一个热点，本文就是主要针对这个问题进行的。论文首先介绍了GPS信号的基本结构，讨论了信号的功率和多普勒频移特性，构建了GPS中频信号模型。接着讨论了GPS信号捕获的基本原理和两种常规的捕获算法：串行捕获算法和并行捕获算法，并对这两种算法进行了计算机仿真。其次，论文研究了三种适用于弱信号条件下的捕获算法：相干积累、非相干积累和差分相干积累。并对相干积累和非相干积累算法捕获检测量的统计特性、门限设置以及算法的性能进行了分析，得到了适用于单个搜索单元格的单元概率，并进行了MATLAB仿真。在单元概率的基础上，论文重点研究了一种具有恒虚警特性的检测算法：混合峰均比算法，主要从单元概率和系统概率两个方面进行了对这种算法进行了讨论。详细的理论分析和蒙特卡洛仿真表明，相较于传统的最大峰均比算法，混合峰均比算法在相近的系统概率条件下能够节省大约一半的捕获搜索运算量。最后，文章选取了基于FFT的并行捕获算法进行了FPGA实现，并行捕获算法能够通过一次计算得到一个多普勒频率上所有码相位的相关值，大大提升了捕获速度。论文从工程实现角度详细的给出了并行捕获算法中各个模块的实现原理和实现流程图，在ISE软件开发环境下，利用Verilog HDL硬件描述语对算法进行了实现。首先仿真数据和开发板采集数据对程序进行了功能测试，随后进行了程序的外场实验测试，实验结果表明该程序能够很好的捕获到GPS卫星。