随着卫星导航技术的不断发展和应用,人们对导航服务性能的需求不断提升,特别是弱信号条件下的服务性能。由于信号强度较低,在弱信号下载波跟踪环路容易失锁,不能实现稳定的跟踪。针对该问题,本文研究了弱信号下的卡尔曼滤波载波恢复算法。论文的研究工作主要从以下四个方面展开:(1)总结归纳了传统的载波恢复方法,详细介绍了载波恢复环路中影响性能的鉴相器、鉴频器和环路滤波器。针对传统的载波恢复模型在弱信号容易出现失锁的问题,本文在传统的锁相环载波恢复模型的基础上,利用卡尔曼滤波器替代了其中的环路滤波器,建立了卡尔曼滤波载波恢复模型。(2)相位卡尔曼滤波的原始输入为鉴相器的输入,鉴别结果的好坏及卡尔曼滤波积分时间直接决定了卡尔曼滤波的性能。目前的研究主要针对给定积分时间的跟踪性能问题,没有针对卡尔曼滤波积分时间优化选择的研究。本文建立了鉴相器的噪声模型,结合鉴相器噪声模型和卡尔曼滤波载波恢复模型,以稳态卡尔曼滤波相位标准差最小为准则针对积分时间进行优化设计。针对相位卡尔曼滤波载波恢复算法在低载噪比下容易发生载波周跳的问题,本文提出了一种控制新息幅度的周跳抑制方法。(3)在高动态应用中,传统的鉴相器无法满足高动态跟踪需求,需要使用鉴频器对频率进行鉴别,并作为卡尔曼滤波器的原始观测量。频率卡尔曼滤波也需要针对积分时间进行优化设计。本文研究了鉴频器的噪声模型,结合鉴频器噪声模型和卡尔曼滤波频率估计模型,以稳态卡尔曼滤波频率标准差最小为准则针对积分时间进行优化设计。(4)结合本文中提出的积分时间优化,利用稳态卡尔曼滤波器作为环路滤波器,本文给出了一种应用协处理器的跟踪环路设计方案。设计硬件加速器和相关值预处理的方式增强了协处理器的性能。该方案简化了基带处理芯片设计,可直接应用于导航接收机基带芯片开发。