本文介绍了GPS定位导航的相关理论和算法,对载波跟踪环路、导航电文获取、卫星在轨位置解算和用户定位解算进行了阐述和研究。针对自主研发的GPS接收机硬件平台,移植实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ,将GPS软件程序模块化、多线程化,实现任务的合理调度和CPU资源的合理利用。在此基础上,进一步开展了锁相环数字仿真、卫星轨道快速外推算法研究和卡尔曼滤波算法研究。锁相环仿真以GP2021的硬件平台参数为参考,利用MATLAB编写了频率合成器模块、本地载波生成模块、积分清零模块和鉴相器算法模块。通过对模拟输入误差进行数字仿真,对各种鉴相器输出进行分析比较,研究各种鉴相器算法的特性及其优缺点。同时,由于高动态环境下对数据更新率的要求,推导出轨道快速外推公式替代动力学方法来计算卫星的在轨位置。轨道外推方法依据泰勒展开式,忽略高阶小量,用已知的位置和速度通过加减运算表示下一个历元时刻的卫星位置。另外,通过引入卡尔曼滤波算法,给出状态方程和量测方程,建立卡尔曼滤波模型,消除定位数据引起的随机误差,得到更加精确的用户坐标。