全球定位系统(GPS)是目前最完善和用户数量最多的系统，具有精度高、通用性强、用户接收设备简单等优点，在定位导航、基础测绘、精密定轨等领域应用广泛。改善GPS接收机的性能，保证实时性和高精度是当前的研究热点，其中快速和高效的信号捕获和跟踪是提高接收机性能的关键技术。　　 本文主要研究GPS接收机中对于高动态信号的快速捕获问题，分别对捕获算法的原理和硬件实现的结构进行了详细分析，并从减少算法的运算量和硬件实现的复杂度考虑，提出了新的改进方案。　　 文章在详细分析GPS信号结构的基础上，设计和仿真了模拟的卫星信号，可拟合GPS接收机实际接收到的数据源，构造出GPS系统中的各个卫星在不同的信噪比环境中的传输信号，为信号捕获算法的仿真验证提供了必要的支持。　　 文章分析了时域滑动相关法和频域FFT捕获法，完成了算法仿真和结果分析，比较了它们的优缺点，并在此基础上提出了基于循环谱的GPS信号捕获方法。该方法将循环谱理论应用到GPS系统中，采用频域平滑周期图法估计出GPS中频信号的循环谱，通过分析循环谱的幅度、相位和位置信息，实现对载波频率、伪码速率和初始相位的估计。仿真结果表明，这种捕获方法避免了多维搜索，很大程度上减小了平稳噪声和干扰的影响，估计精度高，适用于低信噪比情况。　　 基于频域的FFT捕获方法计算量较小而硬件实现难度较大，本文详细研究了该算法，给出了总体的硬件实现方案和各子模块的硬件实现框图。设计了合理的信号数字量化方法，引入了采样平均的方法，将4092点采样数据经二次采样至1024点，在保证捕获精度的同时大大减少了FPGA中FFT变换的运算量。采用模块化的编程语言，用VHDL语言描述FPGA，用QuartusII8.1和Modelsim完成模块综合和仿真验证，给出了RTL结构图和仿真结果，验证了功能的有效性。该方案简化了硬件复杂度，减少了运算量，加快了处理速度，从而实现更快的信号捕获。