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北斗卫星导航系统是当前世界上唯一一个同时拥有地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星、地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)卫星和地球中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星的导航系统。由于北斗混合导航星座的特殊性,北斗星座的精密轨道确定面临诸多挑战。本文围绕北斗卫星精密轨道质量提升亟待解决的关键问题开展研究,讨论了利用双差整周模糊度约束求解卫星钟差的方法,分析了北斗区域导航系统在地面精密单点定位和低轨卫星精密轨道确定方面的性能。主要工作包括四个方面:一、研究了基于观测数据本身和基于先验轨道、钟差产品相结合的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)观测数据预处理方法,为北斗精密轨道和钟差估计奠定了基础。提出了一种三频数据周跳探测方法,并从理论上分析了其周跳探测能力。此外,从数据有效率、伪距多径和相位噪声三个方面对比分析了国际GNSS监测评估系统(international GNSS Monitor&Assessment System,iGMAS)和多卫星导航系统实验(Multi-GNSS EXperiment,MGEX)测站的北斗和GPS观测数据质量,为北斗双差观测模型的优化提供了依据。二、在双差模型导航星座精密轨道确定方法的基础上,一方面针对经典光压模型不能准确建模北斗GEO卫星太阳辐射压的问题,利用正交试验设计方法建立了适用于北斗GEO卫星的太阳光压模型BGSM(BeiDou GEO SRP(Solar Radiation Pressure)Model)。使用该模型定轨,可以明显提高轨道产品的稳定性,降低定轨精度与太阳相对于GEO卫星轨道面仰角的相关性。另一方面针对根据观测仰角选择参考卫星形成的双差观测数据质量不高的问题,提出了基于后验残差的参考卫星选择方法。使用该方法形成的双差观测数据定轨,可以明显提高IGSO卫星的定轨精度,减小定轨残差。三、研究了基于双差整周模糊度约束的导航卫星和编队卫星钟差估计方法。该方法将双差轨道解获得的双差模糊度与精密轨道、测站坐标、对流层天顶延迟和地球旋转参数一起作为先验约束估计导航卫星的钟差。仿真和实测数据的编队卫星钟差估计实验表明,引入双差整周模糊度之后提高了钟差解的稳定性,消除了边缘效应;显著削弱了天解之间的不一致性;理论上钟差估计精度可以提高30%以上。四、分析了北斗区域导航系统在地面和星载环境的应用性能。地面应用方面,利用本文估计的北斗卫星精密轨道和钟差,获得了水平方向优于1 cm,垂直方向优于5 cm的精密单点定位结果。星载应用方面,仿真分析了北斗区域导航系统确定的低轨卫星绝对和相对轨道在不同区域的精度。结果表明北斗区域导航系统在服务区和非服务区的绝对定轨精度相当;服务区相对定轨精密略高于非服务区,在服务区和非服务区分别获得了优于5 mm和1 cm的相对轨道。