GPS即全球卫星定位系统(Global Positioning System)是新一代的精密卫星导航定位系统。当今世界，GPS定位技术被广泛应用，新产品层出不穷。涉及到交通工具导航、地理定位、时间精调, 以及武器精密制导等各个领域。但在一般情况下，GPS系统，尤其是低价位的单机GPS的定位精度往往都不能令人满意，一般定位误差在10-15米左右。而当处在恶劣环境，例如在城市中心或者高大建筑周围的时候，定位精度更加不理想，有时甚至会得出错误的定位信息。这给GPS技术的实际应用带来了很大的问题。 究其原因，首先，在接收到的GPS卫星发送的信号过程中，有很多误差源影响接收信号的质量，从而影响了测量的准确性。其次，在对GPS定位模型的建立方面也不完善。由于系统方程是时变的，在测量过程中，系统噪声和观测噪声的统计特性等很难精确地估计或测定，事实上很多误差模型都不能简单的设为白噪声。在这点上，一般的通用模型往往是忽略的，在一定程度上也影响了定位结果的精确性。同时，在进行非线性滤波时，由于算法的不完备，当模型存在误差或者状态突变时，也会对定位精度造成影响。 为了解决上述的一些问题，本文主要着眼于对GPS定位模型的改进，另外针对恶劣环境下的单机GPS定位也提出了一些新颖的想法。 本文首先回顾了GPS的发展，简述GPS的定位原理，并介绍了GPS定位的通用模型以及相应的迭代算法—最小二乘迭代算法（Iterative Least Square, ILS）。接下来详细介绍了在GPS定位过程中存在的各种误差源，并分析了它们各自对GPS定位精度的影响，指出了通用模型的不足，紧接着提出对通用模型的改进，并针对改进后的模型，选择合适的非线性滤波算法—扩展卡尔曼滤波算法（Extended Kalman Filter）对其进行解算。 本文的另一个讨论重点在于提高恶劣环境下单机GPS的定位精度，一般情况下恶劣环境是指接收到的卫星数为3颗。针对GPS通用算法在这种情况下的局限性，引入了平淡卡尔曼滤波算法（Unscented Kalman Filter, UKF），并提出了一种新颖的接收机概念—双天线接收机模型，用于提高在三颗卫星可见的情况下单机GPS接收机的精度。 本文的研究工作，对改进传统的GPS定位模型有一定的参考和应用价值，同时，在对GPS接收机的方案进行一定的改进以提高GPS系统的定位效果的方面也起到了积极的促进作用。