本文首先回顾了GPS的发展,简述了GPS信号和导航数据处理研究情况,然后详细分析了GPS信号进行测量的数学模型和主要误差源。论文的第二部分研究了考虑副瓣的GPS多径跟踪误差。基于引用文献中为了简化不考虑自相关副瓣的情况,本章不作近似直接用采用C/A码的自相关函数,着重以非相关早减迟延时锁定环和反正切载波相位跟踪的科斯塔环来分析跟踪误差,分析了多径码相和载波相位跟踪误差一般形式的曲线,分析了副瓣的影响,比较了不同的早减迟间距对码相和载波相位跟踪误差的影响,最后对比了载波相位和码相伪距的多径误差。计算机仿真表明:在不同段中,跟踪误差包络内部曲线的形式是不同的;C/A码自相关副瓣对较长时间相对多径延时的码相和载波相位跟踪误差有影响;采用窄相关器不仅可以减小码相位跟踪误差,也可以减小载波相位跟踪误差;码相跟踪误差和载波相位跟踪误差并不是一直同号的。论文的第三部分是最小二乘估计和卡尔曼滤波,首先列举了最小二乘和扩展卡尔曼滤波基本方程,然后根据在GPS中的应用,设计了卡尔曼滤波具体的公式,用GPS接收机采集原始数据,包括伪距、多普勒观测值和星历数据,着眼于实际工程需要,最小二乘算法得到的定位精度和稳定性不能满足要求,用卡尔曼滤波替换最小二乘,以提高系统性能。通过可用性、测量精度和平滑程度方面的比较表明卡尔曼滤波解算获得的导航定位数据稳定性更好、可用性更高,测量精度也要好一些。论文的第四部分为广域差分GPS系统,研究了广域差分GPS系统的数据处理,重点讨论了卫星位置差分改正、卫星时钟差分改正、电离层延迟改正。由于码伪距最小二乘运算获得的定位精度不能满足要求,于是通过Hatch载波相位平滑辅助来提高伪距测量精度,完成了差分部分算法程序实现,并在硬件平台上进行了实测。论文的第五部分为多普勒频移对GPS信号的影响和多普勒补偿。首先讨论了二相码的距离、速度分辨力和模糊函数,之后分析了码和载波多普勒频移对GPS信号的影响,普通GPS接收机通过跟踪相位来得到多普勒频移的较好补偿,鉴于此先详细公式推导了二阶DPLL,给出了无噪声和有噪声环路的跟踪误差曲线,由于二阶DPLL动态跟踪性能较弱,需要对DPLL的进行改进,扩大其动态跟踪范围,来提高其动态跟踪性能。本文引入了校正辅助的二阶DPLL,给出了无噪声和有噪声时的跟踪误差曲线,仿真表明校正辅助的二阶DPLL比纯二阶DPLL有更好的动态跟踪性能。