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随着全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展，用户已经不再满足于GPS建成之初的米级标准定位精度，用户对导航定位的可用性、可靠性以及精度的需求越来越高。目前基于载波相位的实时动态差分(RTK )和实时精密单点定位(RT-PPP)技术是GNSS实时高精度定位应用中最为常见的两种技术。RTK基于双差模式轨道钟差误差和硬件延迟偏差被消弱或者消除，其关键问题是随着基线距离的增长，大气误差的相关性会降低。相比RTK，RT-PPP需额外依赖高精度的轨道、钟差、硬件延迟产品，快速PPP的前提是尽可能消弱实时轨道、钟差误差的影响，提高PPP模糊度固定(PPP-AR)的可靠性，其难点是实时估计高精度的整数钟或者未校正的相位硬件延迟(UPD)产品。另外，随着GNSS基准站网的不断发展，基于区域参考站网的大气产品可以为RTK和RT-PPP用户提供快速精密定位服务，然而目前市场上针对两种用户的服务系统相对独立。此外，在实时高精度应用中还需考虑通信延迟的影响。
针对上述RT-PPP及RTK快速高精度定位的几个关键问题，本文围绕GNSS中长距离RTK定位，GNSS实时整数钟/UPD估计及PPP固定解定位，基于区域参考站网的RT-PPP及RTK服务方法以及顾及通信延迟的GNSS精密定位等四个方面的内容开展了研究，主要工作及成果如下：
1)研究了影响北斗中长距离RTK定位效果的主要因素，提出一种基于先验对流层约束的中长距离RTK定位解算方法。中长距离RTK定位需估计对流层参数，但是该参数与坐标高程分量强相关容易导致法方程病态问题。对于北斗系统，GEO卫星的几何结构几乎保持不变，其几何结构分布相对较差，因此，相比GPS，北斗中长距离RTK定位时的高程分量与天顶对流层参数更加难以分离，从而导致北斗RTK的定位精度要明显比GPS差。另外，相比单GPS，GPS/BDS组合RTK定位时的卫星几何结构强度有所提升，然而由于北斗GEO卫星缺乏几何机构变化，其模糊度参数的收敛速度明显慢于其他轨道类型卫星，因此加入北斗GEO卫星后可能会降低中长距离RTK初始阶段的定位精度。将先验对流层信息作为虚拟观测方程可以有效缓解中长距离RTK模型的病态问题。不同对流层环境下15条基线数据的分析结果表明GPT2对流层约束模型可以有效改善中长距离RTK的定位效果。相比传统RTK模型，单BDS和GPS/BDS组合RTK定位的首次固定时间分别缩短30.9%和33.0%，高程方向的STD分别降低52.4%和34.0%，RMS分别降低40.0%和19.8%。在对流层环境较为复杂时，由于很难基于先验模型得到精确的对流层延迟改正，为了确保约束RTK模型定位的可靠性，需为先验对流层信息设置较大的方差。
2)提出使用区域参考站估计区域整数钟的方法提高PPP用户固定解的精度及可靠性。尽管卫星钟差可以补偿96%以上的轨道径向误差，终端用户在使用全球轨道及整数钟/UPD产品进行PPP固定解定位时仍会受轨道残余误差影响。法国国家太空研究中心(CNES)实时产品的GPS卫星残余轨道误差基本在5cm以内，BDS卫星的轨道残余误差稍大，IGSO和MEO卫星个别时段的残余轨道误差可能超过10cm。PPP终端使用区域整数钟产品可以有效补偿残余轨道误差，进而提高定位精度及初始化速度。利用区域参考站覆盖范围内的3个流动站以及距离覆盖范围约150km和600km的2个流动站使用区域整数钟产品进行PPP动态定位时，相比CNES的全球产品，GPSPPP固定解的水平方向精度平均提升53%，高程方向固定解的精度平均提升44%，GPS/BDS组合时PPP固定解水平方向的精度平均提升65%，高程方向的精度平均提升50%。使用区域整数钟得到的PPP固定解精度与RTK相当，水平精度可达0.5cm左右(RMS)。另外，相比CNES全球解产品，区域整数钟产品也可以缩短PPP定位的初始化时间，单GPS定位的首次固定时间从22分钟缩短到14分钟，GPS/BDS双系统定位时的首次固定时间从18分钟缩短至13分钟。
3)在区域整数钟的基础上，实现了基于区域参考站网非差大气信息的PPP及RTK的一体化服务模式。首先研究了支持无电离层组合以及非差非组合PPP模糊度固定的UPD生成方法。新的UPD产品是基于区域整数钟、宽巷UPD产品以及全球浮点钟差和DCB产品生成的。使用新生成的UPD产品进行无电离层组合和非差非组合PPP固定解定位的精度和2)中采用区域整数钟进行PPP固定解定位的精度相当，水平方向精度可达0.5cm。以非差非组合方式进行PPP解算时，由于可以利用已固定的宽巷模糊度更新窄巷模糊度及其他参数，模糊度固定速度比无电离层组合PPP方式更快，但平均收敛时间仍需10分钟以上。将平均站间距约100km的参考站网提取的大气信息生成虚拟参考站(VRS)观测值以及PPP增强大气信息用于终端RTK及PPP定位，并通过多次初始化进行验证。结果表明，对于区域PPP增强用户，60%的时段单历元即可得到固定解，96.4%的时段数在4个历元(采样率30s)内完成初始化。对于基于VRS模式的RTK用户，87.7%的时段在单历元即可得到固定解，95%的时段在2个历元内完成初始化。需要注意的是基于VRS模式的RTK定位将内插的大气信息直接用于观测值改正，等价于大气强约束，会引入大气建模误差，在大气建模精度较差时定位精度会显著下降。而PPP增强模式下，当外部大气延迟所对应的随机模型设置较为合理时，其固定解精度几乎不受影响。
4)研究了GPS/GLONASS/BDS/Galileo异步RTK的定位性能，重点分析了影响异步RTK定位精度的主要因素。对于超短基线，相比同步RTK，异步RTK定位精度可能会下降几个厘米，但是不同系统下降幅度差异较大。北斗和Galileo异步RTK的精度要明显优于GPS和GLONASS，主要原因是在同样的通信延迟时间内BDS和Galileo的广播星历误差变化要小于GPS和GLONASS。以CNES的精密星历为参考，GPS，GLONASS，BDS和Galileo卫星的广播星历轨道误差在15秒延迟时间内的变化的RMS统计值分别是1.6，9.3，2.6和1.4mm，广播星历钟差误差在15秒延迟时间内变化的RMS统计值分别10.6，14.0，6.3和2.6mm。相比轨道误差，钟差误差对异步RTK的影响更为严重。通过处理一个月的星历数据，GPS，GLONASS，BDS和Galileo广播星历误差(包括轨道和钟差)在15秒内变化的RMS统计值分别是11.2，16.9，7.3和3.0mm。通信延迟时间内电离层延迟的变化对异步RTK定位精度的影响也不容忽视，对于15秒的通信延迟，部分低高度角卫星的电离层延迟变化可达几个厘米。另外，在电离层活跃时基于北斗的异步RTK有一定的优势，主要原因是北斗5颗GEO卫星位置几乎保持不变，在同样的通信延迟时间内其电离层延迟变化很小。基于本文给出的不同系统异步RTK广播星历误差及电离层误差的评价结果有助于优化不同卫星观测值的随机模型，进而提高多模GNSS异步RTK的定位效果。
针对上述RT-PPP及RTK快速高精度定位的几个关键问题，本文围绕GNSS中长距离RTK定位，GNSS实时整数钟/UPD估计及PPP固定解定位，基于区域参考站网的RT-PPP及RTK服务方法以及顾及通信延迟的GNSS精密定位等四个方面的内容开展了研究，主要工作及成果如下：
1)研究了影响北斗中长距离RTK定位效果的主要因素，提出一种基于先验对流层约束的中长距离RTK定位解算方法。中长距离RTK定位需估计对流层参数，但是该参数与坐标高程分量强相关容易导致法方程病态问题。对于北斗系统，GEO卫星的几何结构几乎保持不变，其几何结构分布相对较差，因此，相比GPS，北斗中长距离RTK定位时的高程分量与天顶对流层参数更加难以分离，从而导致北斗RTK的定位精度要明显比GPS差。另外，相比单GPS，GPS/BDS组合RTK定位时的卫星几何结构强度有所提升，然而由于北斗GEO卫星缺乏几何机构变化，其模糊度参数的收敛速度明显慢于其他轨道类型卫星，因此加入北斗GEO卫星后可能会降低中长距离RTK初始阶段的定位精度。将先验对流层信息作为虚拟观测方程可以有效缓解中长距离RTK模型的病态问题。不同对流层环境下15条基线数据的分析结果表明GPT2对流层约束模型可以有效改善中长距离RTK的定位效果。相比传统RTK模型，单BDS和GPS/BDS组合RTK定位的首次固定时间分别缩短30.9%和33.0%，高程方向的STD分别降低52.4%和34.0%，RMS分别降低40.0%和19.8%。在对流层环境较为复杂时，由于很难基于先验模型得到精确的对流层延迟改正，为了确保约束RTK模型定位的可靠性，需为先验对流层信息设置较大的方差。
2)提出使用区域参考站估计区域整数钟的方法提高PPP用户固定解的精度及可靠性。尽管卫星钟差可以补偿96%以上的轨道径向误差，终端用户在使用全球轨道及整数钟/UPD产品进行PPP固定解定位时仍会受轨道残余误差影响。法国国家太空研究中心(CNES)实时产品的GPS卫星残余轨道误差基本在5cm以内，BDS卫星的轨道残余误差稍大，IGSO和MEO卫星个别时段的残余轨道误差可能超过10cm。PPP终端使用区域整数钟产品可以有效补偿残余轨道误差，进而提高定位精度及初始化速度。利用区域参考站覆盖范围内的3个流动站以及距离覆盖范围约150km和600km的2个流动站使用区域整数钟产品进行PPP动态定位时，相比CNES的全球产品，GPSPPP固定解的水平方向精度平均提升53%，高程方向固定解的精度平均提升44%，GPS/BDS组合时PPP固定解水平方向的精度平均提升65%，高程方向的精度平均提升50%。使用区域整数钟得到的PPP固定解精度与RTK相当，水平精度可达0.5cm左右(RMS)。另外，相比CNES全球解产品，区域整数钟产品也可以缩短PPP定位的初始化时间，单GPS定位的首次固定时间从22分钟缩短到14分钟，GPS/BDS双系统定位时的首次固定时间从18分钟缩短至13分钟。
3)在区域整数钟的基础上，实现了基于区域参考站网非差大气信息的PPP及RTK的一体化服务模式。首先研究了支持无电离层组合以及非差非组合PPP模糊度固定的UPD生成方法。新的UPD产品是基于区域整数钟、宽巷UPD产品以及全球浮点钟差和DCB产品生成的。使用新生成的UPD产品进行无电离层组合和非差非组合PPP固定解定位的精度和2)中采用区域整数钟进行PPP固定解定位的精度相当，水平方向精度可达0.5cm。以非差非组合方式进行PPP解算时，由于可以利用已固定的宽巷模糊度更新窄巷模糊度及其他参数，模糊度固定速度比无电离层组合PPP方式更快，但平均收敛时间仍需10分钟以上。将平均站间距约100km的参考站网提取的大气信息生成虚拟参考站(VRS)观测值以及PPP增强大气信息用于终端RTK及PPP定位，并通过多次初始化进行验证。结果表明，对于区域PPP增强用户，60%的时段单历元即可得到固定解，96.4%的时段数在4个历元(采样率30s)内完成初始化。对于基于VRS模式的RTK用户，87.7%的时段在单历元即可得到固定解，95%的时段在2个历元内完成初始化。需要注意的是基于VRS模式的RTK定位将内插的大气信息直接用于观测值改正，等价于大气强约束，会引入大气建模误差，在大气建模精度较差时定位精度会显著下降。而PPP增强模式下，当外部大气延迟所对应的随机模型设置较为合理时，其固定解精度几乎不受影响。
4)研究了GPS/GLONASS/BDS/Galileo异步RTK的定位性能，重点分析了影响异步RTK定位精度的主要因素。对于超短基线，相比同步RTK，异步RTK定位精度可能会下降几个厘米，但是不同系统下降幅度差异较大。北斗和Galileo异步RTK的精度要明显优于GPS和GLONASS，主要原因是在同样的通信延迟时间内BDS和Galileo的广播星历误差变化要小于GPS和GLONASS。以CNES的精密星历为参考，GPS，GLONASS，BDS和Galileo卫星的广播星历轨道误差在15秒延迟时间内的变化的RMS统计值分别是1.6，9.3，2.6和1.4mm，广播星历钟差误差在15秒延迟时间内变化的RMS统计值分别10.6，14.0，6.3和2.6mm。相比轨道误差，钟差误差对异步RTK的影响更为严重。通过处理一个月的星历数据，GPS，GLONASS，BDS和Galileo广播星历误差(包括轨道和钟差)在15秒内变化的RMS统计值分别是11.2，16.9，7.3和3.0mm。通信延迟时间内电离层延迟的变化对异步RTK定位精度的影响也不容忽视，对于15秒的通信延迟，部分低高度角卫星的电离层延迟变化可达几个厘米。另外，在电离层活跃时基于北斗的异步RTK有一定的优势，主要原因是北斗5颗GEO卫星位置几乎保持不变，在同样的通信延迟时间内其电离层延迟变化很小。基于本文给出的不同系统异步RTK广播星历误差及电离层误差的评价结果有助于优化不同卫星观测值的随机模型，进而提高多模GNSS异步RTK的定位效果。