GPS可以适用于全球大部分地区的定位,但在室内或太空高轨道等特殊条件下,不经过一定的算法处理,GPS是无法实现有效的定位的。基于此,本文将研究GPS接收机的射频前端硬件设计与弱信号条件下的捕获算法,即高灵敏度捕获算法研究。高灵敏度接收机的算法处理主要分为捕获、跟踪、定位解算三个模块。捕获是中频算法处理的第一步,能否捕获到信号至关重要。本文主要做了两方面的工作:GPS硬件接收机的射频前端设计和软件接收机的C/A码捕获技术。硬件设计方面,针对射频设计的增益放大倍数、数字化方法选择和射频结构的设计原理进行了研究,并在此理论支撑下,设计了一次下变频数字化结构的射频前端方案,通过硬件方案的指导,完成了低噪声放大器和混频集成器的器件选型和电路原理设计工作,通过对高速信号设计中信号和电源完整性的分析,完成了射频前端的工程设计,最后改进了射频前端硬件实物的版图设计,分析了模拟中频信号的测试结果。软件算法方面,简述了GPS信号处理中频阶段的信号特性,并介绍了接收机的基本原理及C/A码信号结构,在此基础之上分析了信号多普勒产生的原因和载波偏移理论。研究了普通GPS接收机上信号捕获的各种方法,并分析各种时域和频域捕获算法的优缺点,为研究高灵敏度接收机上的微弱信号捕获算法打下理论基础。根据之前设计的射频前端,采集中频数据,作为捕获算法研究的数据源。最后,研究现有的弱信号捕获算法和优缺点,确定了频域差分相干算法的优势,并提出一种多普勒搜索的优化方案,给出了频域差分相干算法优化前后的仿真对比分析,以适合高灵敏度软件接收机的需要。改进方案中计划包括载波多普勒频移的补偿技术,它将减少由于多普勒带来的采样错误,提高容错率,在弱灵敏度的情况下,精准定位多普勒频移值,改进传统差分相干算法,减少后续跟踪阶段锁相环运算的复杂度。本文最后,分析了射频前端设计的优点与不足之处,并讨论改进高灵敏度捕获算法的应用场景与性能提升思路。