卫星导航系统自诞生以来已经在国民经济、国防军事等众多方面得到长足的运用与发展。我国的北斗卫星导航系统经过多年的稳步建设和发展，已经开始投入应用，不过作为星基无线电导航系统，其较易受到信号质量、载体所处环境等因素的影响。捕获和跟踪作为卫星导航系统的基础，对整体工作性能的提高起到至关重要的作用。本文以提高北斗卫星系统接收机性能为目的，在分析北斗信号体制基础上研究优化的信号捕获、跟踪算法，并搭建仿真平台用于算法正确性、有效性的全面验证。为进行北斗B1频点QPSK调制信号的捕获跟踪研究，论文首先分析了QPSK调制技术的原理和实现方法，根据卫星信号结构，结合信号传输过程中的误差建模，建立了北斗卫星中频信号模型，基于该模型得到的中频仿真信号，提出了针对信号结构特点的双通道并行捕获算法，该方法能够成功且有效的进行北斗卫星信号的捕获。以提高捕获性能为目的，针对捕获快速性，论文研究了基于惯性信息辅助的快速捕获算法，解决了载体高动态情况下信号丢失后的快速重捕问题、高速运动造成的信号漏捕问题；针对捕获灵敏度，论文提出便于在软件接收机平台实现的融合了相干、非相干累加思想的优化高灵敏度捕获算法，解决了复杂环境中信号功率衰减后难以成功检测的问题。随后，论文针对信号跟踪问题进行深入研究。从分析跟踪环路参数与环路工作性能的关系入手，提出能够自主进行环路阶数、带宽调整使得环路跟踪误差最小的环路自调节方法，并设计多种载体动态验证了方法性能。为了准确估计跟踪过程中的状态量，在跟踪环路中添加卡尔曼滤波器用于噪声的滤除，提出利用滤波状态量进行反馈控制的环路模型，简化了环路结构，并实现环路零误差条件下的良好锁定跟踪；为进一步简化环路结构，提出了直接以相关值为观测量的基于EKF、UKF实现的非线性卡尔曼环路滤波模型，实现对高动态信号跟踪性能的提升，为新型的环路结构设计提供了理论和实现基础。最后论文设计了一种集合了卫星信号生成、捕获跟踪处理的仿真系统，能够结合接收机具体所处环境进行信号的模拟和算法的验证，为论文提出的技术方法研究提供了良好的实验平台，同时面向基于FPGA的平台工程化实现，综合考虑系统结构、可扩展性，进行模块、接口设计。