复杂电磁环境下的高精度测量与对抗技术已经成为了制约卫星导航系统服务性能的关键。对用户段来说,采用多极化天线极化分集的手段,在空时域处理的基础上增加极化域信息处理,能够提高天线(阵)的自由度,实现用户机天线的小型化,提升小型化天线的高精度测量和多径、干扰抑制的性能。对运控段来说,采用小口径天线分布式组阵方式,降低了传统天线对单天线功率、天线阵形式、安装场地等方面的要求,有利于提升运控段地面站建设的灵活性,在天线小型化的前提下实现地面站多目标跟踪和单目标增强能力的兼容。对此,论文开展了以下四个方面的研究工作:(1)为了解决用户机高精度天线小型化问题,提出了基于极化分集的高精度天线技术。建立了圆极化微带贴片天线的极化模型,从辐射机理上分析了正交馈电天线的辐射特性;进一步采用极化分集接收将常规模拟馈电网络改为数字自适应实现,在已知粗略的信号来波方向条件下,单个贴片天线即可实现宽波束和稳定的相位中心,同时极化分集接收对信号来波方向具有一定的容错性。应用有限元法验证表明,在80°仰角范围内,小型化的极化分集天线的增益变化小于2dB,相位中心稳定度约为0.07mm;同等相位中心稳定度下极化分集天线相比传统微带天线体积缩小了一倍以上,且波束展宽了近70%。(2)为了解决传统信号处理方法无法抑制直达信号存在条件下的短延迟多径信号,且对直达信号不存在时的长延迟无视距多径信号(NLOS,Non-line-of-sight)缺乏检测手段等问题,同时为了实现用户机抗多径天线的小型化,提出了基于正交双线极化天线的多径信号检测技术。分析了多径信号的镜面反射特性和极化特征,利用强多径的圆极化具有极化轴比较差的特点,使用单天线正交极化双通道同时接收信号的两个极化分量,通过并行相关对消处理实现了短时延多径的检测;并进一步基于多径提取结果实现多径信号的抑制。理论分析和仿真结果表明,极化相干对消接收机可有效检测短时延多径,多径抑制后的多径误差包络减小75%以上。当直达信号不存在时,该技术同样适用于长时延NLOS信号检测。(3)为了解决用户机天线阵的小型化、干扰与信号同向时的抗干扰问题,提出了基于平面正交双极化天线阵的抗干扰技术。分析了正交双极化天线阵的空域和极化域特性;采用时分切换的方法保证相邻阵元的极化正交,从而实现了天线阵和射频前端的同步小型化;基于MUSIC算法与极化敏感特性实现对干扰信号来波方向和极化参数估计,首次提出了极化方向图约束最小方差准则(PCMV,Polarized pattern Constrained Minimum Variance),在干扰与信号来波方向相同时仍能够实现信号波束形成和干扰零陷抑制。仿真结果表明,正交双极化天线阵阵元间距可缩小至0.4倍波长的阵元隔离度仍优于27dB,且射频前端数量减少一半;在信号与干扰同向时,PCMV准则具有与最小方差无失真响应准则(MVDR,Minimum Variance Distortionless Response)相当的信号波束指向功能,但在干扰抑制方面性能优于MVDR和功率倒置准则(PI,Power Inversion)。(4)为了解决运控段地面站高功率天线的小型化问题,提出了一种基于分布式天线阵的功率自适应多波束形成技术。建立了分布式天线阵的信号模型,分析了分布式天线阵相位不确定和合成效率两项性能评估指标,采用自适应子阵和改进的波束指向准则(BS,Beam Steering)实现了小口径天线功率自适应多波束形成。分布式天线阵多波束形成技术实现了多目标跟踪和单目标增强能力的兼容,抗干扰和打击能力强。理论分析和仿真表明,天线阵扫描到60°仰角,分布式天线阵效率比传统多波束天线高10%以上;且当在80°宽角范围内要求75%合成效率时,初始相位标定精度因子和相对定位精度因子均要求不超过0.2。最后,对论文的研究成果及其工程应用情况进行了总结,并对下一步工作进行了展望。论文研究成果可为我国北斗卫星导航系统的用户接收机与地面运控系统地面站的研制提供技术参考。