北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,可以提供全天候定位、导航和授时等多项服务。加速北斗卫星导航系统的发展,北斗接收机的算法研究以及应用设计是两个重要的环节。跟踪是导航接收机进行信号处理的必要过程,只有在接收机对卫星信号跟踪锁定时,才可以解调出导航信息继而进行定位解算。当卫星与接收机之间存在高速的相对运动时,会产生较大的多普勒频移,而相对运动速度的变化会使已经进入跟踪阶段的信号频率产生变化,当频率变化超过了跟踪环路的牵引范围时,就会导致跟踪失锁而无法导航定位。因此,高动态环境下的信号跟踪是一个具有挑战性和研究价值的方向。本文首先分析了北斗卫星的信号结构、仿真北斗中频信号的产生过程,然后分析了高动态给卫星信号跟踪带来的影响,详细介绍了Costas锁相环的三种鉴相方法、锁频环的三种叉积鉴频方法以及码跟踪环的三种码鉴相方法,分别对这些方法进行仿真以及性能比较。之后,本文详细阐述了环路滤波器和数控振荡器的工作原理和设计方法,同时在对跟踪环路中测量误差仿真研究的基础上,分析了跟踪门限的设置,以及环路带宽选取方法,从而确定了可以满足高动态跟踪的环路带宽范围。在上述分析基础上,文中提出了一种在高动态环境下的跟踪方法,即首先由四相鉴频器进行快速频率牵引,缩小频差,使其进入锁频环工作范围,再由锁频环辅助锁相环进行精确跟踪。其中锁频环对锁相环的辅助有并行和串行辅助两种方式,本文通过北斗中频信号仿真程序产生高动态环境下存在的固定频率、频率突变、频率一次斜升和频率二次斜升四种类型的信号,在四项鉴频器牵引下,用锁频环并行和串行辅助锁相环的两种方法分别对这四种信号进行跟踪实验,验证了该方法的可行性,并在对该方法在锁频环两种不同辅助方式下的跟踪性能进行对比分析基础上,对两种不同辅助方法的应用环境进行说明。最后,本文设计实现了一种基于北斗的信息采集系统,该系统通过北斗系统获取当地经纬度和时间,实时标记系统采集到的温湿度和粉尘值,并可将这些信息传送到服务器端便于对数据的后续研究分析。根据系统功能设计了MCU+采集模块+网络传输模块的系统架构,MCU作为系统的核心部分用于读取各采集模块的数据并控制网络传输模块的传输,网络传输模块基于TCP/IP协议与服务器进行通信,在此基础上,文中给出了系统中各个模块硬件、软件的详细设计过程,最终通过对系统的运行验证了系统具有较好的实时性能。