考虑到GPS系统日益广泛地应用于各种室内环境,本论文对微弱GPS信号捕获、导航数据比特同步、判决门限选取以及信号处理算法效率等与信号接收相关的内容进行了较为深入的研究。首先,针对微弱GPS信号码捕获这一主题,考虑了C/A码信号并行捕获时的判决门限选取问题。基于平均相关技术和差分相干累积方法相结合的微弱GPS信号C/A码并行捕获技术,提出了一种采用最大相关能量值与第二大相关能量值的比值作为判决变量的判决门限设定方法——比值法。与传统的阈值法相比,比值法不需计算弱信号条件下的噪声功率就能很好地控制信号检测的虚警概率。接下来推导了比值法用于微弱GPS信号C/A码并行捕获时的检测概率和虚警概率的计算公式。针对信号捕获时所需达到的虚警概率,通过Matlab数值仿真得到了采用不同的接收信号累积时间所需设定的相应的判决门限值。仿真结果表明:该门限设定方法适用于微弱GPS信号条件下C/A码的并行捕获。其次,结合平均相关技术、差分相干累积方法和自适应门限设定技术,提出了一种判决门限自适应变化的微弱GPS信号C/A码并行捕获方案。从判决变量的统计特性出发,详细分析推导了该捕获方案的检测概率与虚警概率。通过Matlab数值仿真对该方案与两种传统的捕获方案——相干非相干累积方案和非相干累积方案进行了比较。仿真结果说明该方案的捕获性能优于两种传统捕获方案。该方案采用以下措施很好地兼顾了处理增益与算法复杂度:一是采用高采样频率与平均相关技术相结合的办法使得算法在复杂度增加有限的同时大大地提高了C/A码初步捕获的精度,降低了接收码与本地再生码之间的相关损耗,提高了处理增益;二是采用差分相干累积较非相干累积降低了平方损耗,提高了处理增益,并且对多普勒频率偏移具有很好的鲁棒性;三是采用了前述的判决门限设定方法,可以根据差分相干累积时间自适应地设定判决门限,较固定累积时间方案减小了平均捕获时间。然后,考虑了GPS卫星信号成功捕获之后的导航数据比特同步问题。为了解决现有商业接收机中常用的直方图法和比特能量法在信号初步捕获之后残留的多普勒频率偏移较大时同步性能大大下降甚至失效的问题,基于多个导航数据比特间的相关输出进行差分相干、一个导航数据比特长度内的差分相干值进行相干累积,提出了一种适用于大频偏、高动态、弱信号的导航数据比特同步方法——差分相干累积算法。详细分析了判决变量的统计特性,推导了边缘检测率的计算公式。在此基础上,对差分相干累积算法进行改进,提出一种广义差分相干累积算法。广义差分相干累积算法对进行差分相干处理的两个相干积分输出的延迟时间推广至任意个C/A码周期而不是任意个导航数据比特间隔,进一步提高了处理增益。最后,从GPS接收机实时信号处理的角度考虑,仅对两个相邻的C/A码周期的相关输出值进行差分相干,并对间隔为导航数据比特长度整数倍的差分相干值进行相干累积,提出了一种适用于大频偏、弱信号的导航数据比特实时同步方法——高效差分相干累积算法。同样对该算法的判决变量的统计特性进行了分析,推导了边缘检测率的计算公式。由于微弱信号条件下GPS接收机的动态通常较低,而实时处理在某些场合显得非常重要。高效差分相干累积算法正是基于这方面的考虑,因而采用了下述措施:一是通过差分相干处理使得该算法能适应大的多普勒频率偏移;二是仅仅对差分相干输出进行相干累积可减小因非相干累积带来的损失,使得该算法适合于微弱GPS信号条件下的导航数据比特同步;三是每个C/A码周期的相关输出只与前一个周期的相关输出进行差分相干这就为该算法带来了最低的复杂度,便于实时处理。针对越来越多的GPS接收机采用差分相干累积进行信号捕获,若将该同步方法用于此类接收机中则能直接应用捕获阶段的差分相干输出值,大大地降低算法运算量。