全球定位系统(GlobalPositioningSystem)即GPS系统，是新一代卫星导航定位系统，可以为全球范围内的接收机用户提供全天候的导航信息[1]。当卫星和GPS接收机之间具有很高的相对运动时，GPS信号会产生多普勒效应，这给GPS信号的跟踪带来了挑战[2]。针对高动态条件下的载波跟踪问题，本文进行了深入、系统的研究，取得了一些有益的结果。本文首先介绍了GPS系统的组成，GPS信号以及GPS定位原理。在此基础上，进行了以下研究:
　　(1)综述了GPS信号的捕获原理和算法，详细介绍了传统GPS载波跟踪环路(PLL和FLL)，并在Matlab环境下对二阶PLL进行了仿真。仿真结果表明，当ξ和ωn之积越大，PLL的锁定时间越短;反之锁定时间越长。
　　(2)介绍了一种典型的高动态运动模型和信号模型，接着从理论上分析了传统GPS载波跟踪方法的局限性，并对三阶数字PLL在高动态环境中进行了仿真。仿真结果表明，当锁相环处于高动态、高信噪比C/N0=30dB-Hz（正常信号）环境下，锁相环基本上可以跟踪上接收信号的多普勒频率及其一阶、二阶导数，但是瞬时估计误差比较大;当锁相环处于高动态、低信噪比C/N0=20dB-Hz（弱信号）环境下，锁相环就无法正确的估计出接收信号的多普勒频率及其一阶、二阶导数。
　　(3)由于基于传统锁相环或锁频环技术的载波跟踪方案中所使用的相位或频率鉴别器和环路滤波器都不是基于最优准则而设计的，因此环路性能受到很大限制。针对该问题，本文基于扩展卡尔曼滤波参数估计器、无迹卡尔曼滤波参数估计器、中心差分卡尔曼滤波参数估计器、平方根无迹卡尔曼滤波参数估计器、强跟踪无迹卡尔曼滤波参数估计器研究了高动态GPS载波跟踪环路设计方案。计算机仿真结果表明，在高动态低信噪比条件下，基于这五种参数估计器的GPS载波跟踪环路都可以实现跟踪，但是在3～3.5s和5.5～6s时间段，跟踪的结果误差较大;在高动态正常信号条件下，基于这五种参数估计器的GPS载波跟踪环路跟踪的结果与在高动态低信噪比条件下跟踪的结果相比有了很大的改善。总体结果显示，ST-UKF参数估计器比其他四种参数估计器的均方根误差小、精度高。