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高轨卫星在军民领域中发挥着越来越重要的作用，目前主要是通过测控网络进行的不间断观测来实现其轨道测定，但是此方法所需的设备复杂并且运行成本高，因此在GNSS系统日益完善的前提下，利用星载GNSS接收机实现高轨卫星的定轨已成为一个新的研究方向。本文主要对多星座组合导航系统的定轨性能、几何动力学法定轨中用的非线性滤波技术以及接收机的弱信号捕获算法进行了分析和研究。首先介绍了GNSS以及星载GNSS定轨技术的发展概况。然后使用卫星工具包对高轨卫星所搭载的GNSS接收机可见性进行了分析和仿真验证，建立了星载GNSS高轨卫星定轨系统的数学模型，并给出了完整仿真流程，为后续的研究工作奠定基础。在分析了接收机可见性与所采用GNSS星座的数量之间关系的基础上，进一步仿真验证了在高轨卫星定轨中使用多星座组合导航系统对于定轨性能的影响。首先将结合轨道外推的最小二乘法应用于定轨解算；然后由于系统的非线性数学模型，采用了扩展卡尔曼滤波进行几何动力学法定轨解算，两种算法的仿真结果均验证了多星座组合导航系统能提高定轨精度。但EKF算法应用中存在着线性化误差，在强非线性情况下会对最终的定轨精度产生较为显著的影响。针对EKF算法的不足，选用了其它的非线性滤波技术来取代EKF算法。文中选择了无需近似求解非线性函数的无味卡尔曼滤波算法(UKF)，同时还结合龙格-库塔方法的思想对EKF算法进行了改进。在采用多星座组合导航系统的情况下验证了改进算法的正确性，并对非线性滤波算法的高轨卫星定轨性能进行了对比分析。为了保证星载GNSS高轨卫星定轨研究中星载接收机对导航卫星信号的使用，对接收机的弱信号捕获算法进行了研究。从常规GPS信号捕获方法及传统的弱信号捕获算法出发，结合数据块累加的思想提出了一种改进算法，其捕获速度相比原算法有了较大的提高，并且分别采用仿真信号和实测信号验证了该算法的弱信号捕获性能。