北斗三号卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统,目前发射卫星数量已达到28颗,预期于2020年全面建设完成。北斗系统具有多频信号结构,采用了GEO、IGSO、MEO混合轨道星座,应用了长期稳定性更优的被动型氢原子钟,相比于其他导航系统具有一定优势,逐步成为我国星载接收机研究领域的热点。在北斗全球导航系统即将建设完成的历史机遇下,研制搭载于低轨皮纳卫星的低功耗高精度BDS导航接收机,对于保障我国航天任务具有十分重要的意义。本文的主要内容与贡献包括:(1)针对浙江大学皮星二号(ZDPS-2)任务搭载的浙江大学自研GNSS导航接收机存在的支持频点少、功耗高、跟踪通道数少等问题,结合皮纳卫星导航接收机设计的实际工程指标需求,在软件设计层面设计并实现了支持北斗B1I、B3I导航信号的星载接收机。(2)使用赛灵思Kintex 7系列FPGA芯片作为星载接收机的基带处理器芯片,提高了处理能力,降低了整机功耗。接收机在得到自定位结果的同时,实现了对伪距、载波相位等原始观测量的高精度测量,并通过模拟器半实物仿真、室外场地测试等手段对接收机的各项指标进行了全面验证。(3)为验证原始观测量的可靠性以及提高定轨精度,基于卫星简化动力学模型开展高精度实时定轨应用的验证研究。分析了北斗三号系统下双频伪距组合及GRAPHIC消电离层组合方式下的定轨精度差异,尤其是利用了B3I频点伪码速率高(10.23 Mcps)、抗噪声性能强的优势,验证了B3频点的GRAPHIC组合方式在实时定轨中的工程应用价值。本文设计并实现的低功耗星载GNSS接收机支持GPS L1 C/A、L2C、北斗B1I、B3I导航信号,实测结果表明,接收机各频点捕获灵敏度均达到-131 dBm,跟踪灵敏度-133 dBm,整机功耗6.88 W。在北斗三号系统下进行的实时定轨仿真结果表明:BDS的双频伪距组合定轨精度与同等条件下的GPS定轨精度相近;在GRAPHIC消电离层组合方式下,B3I信号的定轨精度显著优于B1I信号,并且与L1 C/A、L2C的定轨结果相接近。B1I、B3I双频伪距组合的三轴位置精度分别达到4.60 m、5.66 m、5.59 m,B1I信号GRAPHIC消电离层组合的三轴位置精度分别达到2.15 m、1.80 m、2.46 m,B3I信号GRAPHIC消电离层组合的三轴位置精度分别达到1.31 m、1.12 m、1.85 m,能够满足皮纳卫星实时定轨的应用需求。