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随着各国竞相研制具有自主知识产权的GNSS系统或对已有GNSS系统进行升级，未来GNSS将呈现多星座、多频段、新扩频码调制等新特性，人们迫切需要能融合各种GNSS系统的接收机以提高定位精度，改善信号的可靠性与完好性。GNSS软件接收机将“软件无线电”的概念引入到接收机设计当中，具有使用灵活，易于升级等优势，能降低硬件测试的成本与风险，在整合GNSS各频段卫星导航数据和开发高灵敏、高精度、高动态等高性能接收机中有着深远的意义。室内环境下的卫星导航信号存在严重的热噪声干扰、信号衰落和退化以及多径误差和定位精度的退化，普通型GNSS接收机难以捕获跟踪到信号。而室内环境是人类活动的主要环境之一。研制能够接收微弱卫星信号，以便在室内环境下使用的高灵敏GNSS接收机是非常必要的。
本文对高灵敏GNSS软件接收机关键技术开展研究，针对GNSS室内应用的相关热点、难点问题进行研究以寻求解决途径。分析未来GNSS信号的调制方式及性能，设计基于GNSS软件接收机平台的微弱卫星信号捕获算法和定位优化技术是本文研究的主要工作。该软件接收机平台具有一定的通用性，对于不同系统的卫星信号以及不同的应用对象，只需相应变更少数元器件和修改部分软件模块便可实现。论文的主要工作归纳如下：
(1)对GNSS系统组成、信号调制及性能分析进行了研究，这对于设计GNSS信号发生器及新型基带信号处理算法等具有理论指导意义。对各国GNSS计划及未来GNSS的新特性进行了分析和总结；针对下一代GNSS中将采用的MBOC信号调制方式，进行Matlab仿真实验，分别从自相关函数、功率谱密度、热噪声DLL跟踪误差和多径误差包络等方面，将MBOC(6，1,1/11)与Galileo系统最初拟采用的BOC(1,1)和传统GPS导航系统中的BPSK(1)信号调制方式性能进行了对比分析。结果显示，MBOC(6，1,1/11)具有更加丰富的高频分量和更窄的自相关峰曲线，且热噪声DLL跟踪误差性能和抗多径性能均优于BOC(1,1)和BPSK(I)调制。
(2)构建了GNSS软件接收技术研究平台，对于开发高灵敏、高精度和高动态等高性能GNSS软件接收机具有重要的研究价值。在深入分析带通采样数字下变频技术的基础上，构建了GNSS软件接收技术研究平台，设计开发了采用一步混频下变频方式的GNSS L1/E1射频前端，该前端采用模块化的设计方案，使用灵活，针对不同频段的信号，只需将部分相关元器件进行变更即可实现。同时在该软件接收平台上对GPS信号捕获、跟踪、导航电文提取和定位解算等功能进行了设计，并通过时域FFT算法进行捕获，科斯塔斯锁相环进行跟踪，成功实现了1000msGPS信号的数据解调。
(3)研究了基于相位关系计算的精频捕获算法，并对相干积分和非相干积分技术进行了详细分析，对于设计新型高灵敏度捕获算法具有参考价值。对基于相位关系计算的精频捕获算法进行了分析并通过实测GPS数据进行实验，验证了其有效性。针对高灵敏度捕获问题，从理论上细致分析了相干积分和非相干积分两种常用技术，讨论了积分增益与损耗以及检测概率、检测门限、虚警概率的关系并针对目前存在的问题提出了解决途径。
(4)针对数据跳变频繁的下一代GNSS高灵敏捕获问题，创新性地提出基于能量的新型高灵敏捕获算法。分析了卫星导航数据跳变对捕获的负面影响；创新性地提出基于能量的新型高灵敏捕获算法，该算法十分适用于数据跳变发生频繁的下一代GNSS卫星信号捕获，通过Galileo El OS仿真信号进行实验对该算法的性能进行了分析和验证。
(5)针对弱信号环境下GNSS定位优化问题，创新性地利用粒子滤波算法对卫星伪距误差进行修正，从而提高定位精度。首先概括了GNSS定位解算的原理和精度因子DOP，接着对卡尔曼滤波运用于GPS接收机静态定位优化进行了分析，在此基础上创新性地利用粒子滤波算法对卫星伪距误差进行修正，从而提高定位精度。通过实测GPS数据进行实验，将粒子滤波算法与卡尔曼滤波算法和最小二乘算法的定位优化结果进行了分析比较，验证了粒子滤波算法在弱信号环境下GNSS定位优化方面的优势。