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近年来,卫星导航（GNSS）在军事和民用方面的应用取得了重大进步。但是在以远程精确制导武器为代表的高动态场景和以导航与位置服务（Location Based Service,LBS）为代表的城市复杂信号环境场景下,卫星导航技术也面临着巨大挑战。普通GNSS接收机结构中跟踪环路参数固定,面临着动态性能和噪声性能之间难以调和的矛盾,而且各个跟踪通道之间相互独立,没有实现各通道间的相互辅助,这使得普通接收机无法在高动态和复杂信号环境中获得连续良好的跟踪和定位性能。为了解决这一问题,本文在跟踪环路层面,采用天然具有自适应调整环路参数能力的基于卡尔曼滤波器（Kalman Filter,KF）的跟踪环路来替代传统跟踪环路;在上层架构层面,采用惯性导航系统（Inertial Navigation System,INS）辅助跟踪环路（深组合）技术来实现对跟踪环路的动态辅助。本文的主要研究工作和贡献如下:第一,从暂态响应时间、载波多普勒频移提取和NCO调整方式对载波相位跟踪误差影响三个方面,利用理论推导和仿真测试分析了KF载波跟踪环路和传统载波跟踪环路的异同点:在暂态响应时间方面,以鉴相器输出为依据,采用自主提出的暂态响应时间统计方法,测试了三阶KF载波跟踪环路和三阶传统载波跟踪环路的暂态响应时间。测试结果表明:KF环路由于暂态带宽较大,因此暂态响应时间比带宽固定的传统环路明显缩短,一般在0.4s以下。在载波多普勒频移提取方面,利用理论推导和仿真测试表明了在频率变化率斜升输入信号激励下,三阶锁相环路的速度累加器估计的载波多普勒频率有稳态误差,但是噪声水平较低,而从环路滤波器输出提取的载波多普勒频率没有稳态误差,但是噪声水平较高。基于KF跟踪环路和传统跟踪环路的结构等效性可知,只有两种环路从同一处提取的载波多普勒频移才具有相同的动态应力误差和噪声特性。在NCO调整方式对载波相位跟踪误差影响方面,定量分析了调节NCO的相位状态量和频率变化率对一个相干积分时间内载波相位跟踪的影响,并提出利用三阶锁相环路的加速度累加器估计值来调节NCO频率变化率,此方法相比前人工作具有结构简单、容易实现的优势。分析结果表明:当加速度或者相干积分时间过大时,载波相位误差有可能大于360deg,即发生周跳。所以在高动态或者长相干积分时间场景下,调节NCO频率变化率对保证无惯导辅助的载波跟踪环路的稳定跟踪具有重要意义。第二,完成了基于KF跟踪环路的GNSS/INS标量深组合软件平台的搭建。该软件平台可以运行在“无惯导辅助的KF跟踪环路+组合导航”和“标量深组合”两种模式下。跟踪通道KF和组合导航滤波器的参数可以根据其物理意义来明确进行设置:一方面,通道KF环路可以在信号强度发生变化时自适应调整观测噪声方差阵R的大小;另一方面在惯导辅助情况下,本文提出了根据晶振误差和惯导器件误差参数来设置深组合系统中KF环路状态驱动噪声方差阵Q参数的方法。分析表明,对于惯导辅助下的跟踪环路来说,接收机钟差和钟漂驱动白噪声方差的设置方法保持不变。在1s的GNSS修正周期内和低动态下,星历解算误差和陀螺器件误差可忽略,而表示视线方向上相对运动大小的状态驱动白噪声项(（6）主要以加速度计原始输出的白噪声和零偏残差为主。由于本文根据参数的物理意义来设置其大小,从而避免了KF跟踪环路设计过程中带有经验性和试错性质的参数优化过程,只需要做小范围的微调即可。由于KF跟踪环路和传统跟踪环路的等效性,文中提出的参数设置方法为深组合系统中跟踪环路的最优带宽选择提供了参考。第三,基于GNSS/INS组合导航硬件仿真器,设计了常见载体动态和10颗可见卫星条件下,部分（两颗）卫星信号强度衰减和全部卫星信号强度衰减的场景仿真,完成了对KF跟踪环路、传统跟踪环路、标量深组合系统的弱信号跟踪和导航性能的测试。测试结果表明:在20ms相干积分时间和13.4Hz初始带宽条件下,自适应调整参数的KF环路在弱信号下相对固定参数的传统环路在载波频率跟踪灵敏度上提升了3-7d B,在载波相位跟踪灵敏度方面提升了2-4d B,在定位定速灵敏度方面提升了约5d B。惯导辅助对KF锁相环路跟踪灵敏度的提升与弱信号通道数目有关。在部分卫星信号衰减场景下,惯导辅助后的KF环路的载波频率灵敏度和定位定速灵敏度优于13d B-Hz,相比无惯导辅助的KF环路至少有5～8d B优势,在载波相位跟踪灵敏度方面有1～2d B优势;在全部卫星信号衰减场景下,惯导辅助之后的KF环路相比无惯导辅助的KF环路在载波频率跟踪灵敏度和定位定速灵敏度方面只有3～4d B优势,在载波相位跟踪灵敏度方面只对部分卫星有1d B优势。综上所述,本文提出了一套清晰合理的基于卡尔曼滤波器的惯导辅助载波跟踪环路方案,全面详细定量地分析了基于KF的跟踪环路相比传统环路的异同点,搭建了GNSS/INS深组合平台,提出了根据晶振误差和惯导器件误差参数来设置深组合系统中KF跟踪环路状态驱动噪声方差阵参数的方法,并利用GNSS/INS硬件信号模拟器的仿真数据测试和验证了基于KF的载波跟踪环路和惯导辅助对传统锁相环在弱信号下跟踪性能的提升。本文的研究表明:基于KF的跟踪环路和惯导辅助跟踪环路技术相结合,可以有效缓解传统锁相环在一般动态、弱信号下跟踪性能和导航性能下降的问题。