卫星精密定轨是卫星对地观测技术发展和应用的基础,没有先进的定轨技术和相应的软件保证获得高精度轨道,就不可能进行精密定位和开拓其它领域的应用。我国卫星定位技术的应用己有多年的历史,但是目前卫星精密定轨、定位软件还主要依靠引进的软件,这种依赖国外软件的状况很难取得突破性的创新成果。只依靠国外软件已无法满足我国快速发展的卫星计划的实际需要,也不利于国防安全的保障,所以应尽快开发具有我国特色和自主知识产权的卫星精密定位定轨软件系统。
　　卫星精密定位定轨研究实际包含两部分的内容,一部分是利用原始观测数据进行地面站间基线单天解和单天轨道确定另一部分是后处理部分,即利用单天解的轨道和基线处理结果进行多种参数联合估计和轨道综合。高精度定位定轨后处理的数据源包括轨道参数、各类地球动力学模型参数、站坐标参数、站速度参数、对流层参数、整周模糊度参数乃至卫星和接收机参数等,各类参数具有复杂的函数相关性和误差相关性,处理起来比较复杂。
　　本文研究的内容主要涉及卫星精密定位定轨研究的后处理部分,主要是研究利用单天解的轨道和基线处理结果进行多类参数测站坐标参数、测站速度参数、地球自转参数、定轨参数等的联合估计和轨道综合问题,在此领域国内尚没有开展系统性的研究。本论文研究的成果和内容具体包括
　　(1)提出利用SINEX(Solution INdependent EXchange Format)文件作为GPS精密定位定轨后处理的主要输入文件,讨论了SINEX文件结构及其与法方程的相互转换问题。SINEX文件作为数据解文件的标准格式,包含GPS、VLBI、SLR等所提供的基线解算或者是网平差后的点位坐标、点位协方差、点位先验坐标、点位先验方差信息,可以通过SINEX文件恢复法方程,通过法方程叠加实现多期、多类、多子网数据的联合处理。
　　(2)在分析基于基线模式的常用的GPS网平差模型的基础上,提出直接以所涉及的测站坐标信息、地球自转参数信息等为观测量的基于坐标模式的广义网平差模型。分析了基于基线模式和基于坐标模式的模型之间的相互联系和区别,总结了基于坐标模式的广义网平差模型在处理多类、多期参数中的优越性,概括了其处理的通用方法。提出采用基于等价方差一协方差的稳健最小二乘估计方法解决基于坐标模式下的广义网平差中的粗差问题。
　　(3)从随机模型误差和函数模型误差两个方面,对参数估计中先验约束的影响进行了详细的分析,推导了先验约束值的误差与先验约束方差的误差对参数估计的影响,提出先验约束的消除是附加约束的逆过程,给出了先验约束消除的算法。
　　(4)以附加约束条件的间接平差模型为例,推导了附加额外约束条件对平差结果的影响,并以平差后的单位权中误差减小为条件,分析了附加额外约束产生增益的条件,说明附加额外约束条件并不都能增强解的性状。
　　(5)提出利用参数转换的方法对参数先验初值的统一、参数合并、法方程叠加、新参数的引入、法方程的标准化等基本算法进行统一,对基于坐标模式的广义网平差模型的算法实现所涉及的若干关键问题进行了详细推导,为基于坐标模式的广义网平差的实现提供了理论基础。
　　(6)重点研究了基于坐标模式的测站坐标参数、测站速度参数、地球自转参数的估计问题,并编制了相应的程序。通过算例证明了目前在测站速度的估计中将测站坐标变化假释为匀速运动与客观事实存在差异。对于基于周解的测站坐标序列,利用回归分析的方法建立了测站速度变化经验模型。提出对于IGS跟踪站的速度值,单单用一个线性的量去估计它存在偏差,应考虑建立周期性变化模型,或考虑采用分段线性化的方法,每隔一定的时间给出一个对应的速度。
　　(7)采用轨道叠加的方法,对利用单天解轨道合成多天解轨道算法进行了详细推导,并通过算例证明了轨道综合对提高轨道产品精度的有效性。特别是在局域定轨中,轨道综合对提高定轨精度的贡献尤其明显。同时也对不同分析中心所处理的多天解轨道的综合合成进行了详细分析推导,并给出了笔者处理的结果与IGS分析中心结果的比较。