GPS卫星导航系统是一种真正的全天候、全球、实时、连续的高精度空基导航系统,它能给用户实时提供精密的三维位置坐标,三维速度和时间等信息,应用范围广泛。它在军事上为武器平台、部队、单兵提供高精度的时间信息和导航定位服务,在民用应用中是海洋救援、车辆导航的重要组成部分。本文以电子科技大学电子科学研究院的GPS卫星接收机研发为应用背景,主要工作集中在GPS卫星接收机载波跟踪设计方面。载波跟踪技术是直接序列扩频卫星系统的关键技术,亦即载波的精确同步,跟踪性能的好坏直接关系到接收机对目标的测速的精度,通讯性能的优劣。因此研究GPS卫星接收机载波跟踪技术具有重要的意义。对于低动态目标通常意义下的载波同步设计可以采用大量现有技术。解扩后利用科斯塔斯环实现载波同步,已经完全能解决同步需求。但对于高动态目标基于锁相环结构的跟踪环路会存在所谓的“Hang-up”现象,从而增加跟踪时间,本文从这个问题出发,在设计中采用了一种锁频环辅助锁相环的设计方案,并对假锁现象以及数字环路的误差进行了相关的处理,分析和仿真表明,该方案满足信噪比和多普勒动态要求。本文研究了开环结构的载波频率估计算法,分析了基于FFT幅度比值的频率插值的频域估计算法和基于相关函数的单频信号的时域估计算法。结合这两类算法提出了一种新的时频联合的频率估计算法,利用频域算法进行初估,然后用时域算法进行修正,较好的结合了频域算法的估计范围大和时域算法估计精度高的优点,并通过计算机仿真验证其优良的性能。此外算法具有较好的硬件可实现性。本文还从工程实现的角度,研究并实现了合适的载波跟踪方法。阐述了GPS接收机样机载波跟踪的研制工作,详细描述了载波跟踪FPGA部分的实现。本文针对不同环境下的卫星,着力解决低信噪比和动态下的载波跟踪问题,分析各种跟踪机制的适用性。本文在GPS卫星接收机载波跟踪方面的研究成果,可应用于相关卫星导航系统接收机设计以及手持移动通信系统等无线通信系统的信号处理技术中,具有一定的理论及实用价值。