全球四大GNSS系统的星座部署逐步建设完成,现代化进程也在快速进行,若干区域卫星系统也为覆盖区域内的用户提供了丰富的定位资源。当前,在卫星导航定位领域利用多频多系统GNSS成为未来的发展趋势。Multi-GNSS的发展一方面极大地增加了可用卫星数目,为用户提供了更优的卫星空间几何图形;另一方面,各系统现代化进程中增加了许多新信号频点,并且有许多相同频率信号,各系统兼容互操作性增强。充分利用Multi-GNSS给复杂环境下(如城市)的用户提供定位导航服务是当前研究的热点,对于城市复杂环境而言,高楼和树木等遮挡下单系统可用卫星数较少,此时多系统相对定位可以有效解决单系统卫星数不足的问题,增强观测模型、提高定位可靠性,而系统间紧组合(或称之为混合差分)则能够最大化地利用多系统卫星增多的优势。本文围绕Multi-GNSS紧组合相对定位技术,介绍了各系统的主要异同点与统一方法,给出了紧组合相对定位的数学模型,计算并研究了GPS/Galileo/BDS/QZSS几大系统各个共频信号上在接收机端的ISB特性,并通过城市车载实验,验证了紧组合相对定位算法的性能。主要内容和研究成果如下:1、详细介绍了GPS/Galileo/BDS-2/BDS-3/QZSS几个卫星系统的时空基准差异性与统一方法,并且介绍了各系统各类型卫星的卫星位置计算方法,为组合多系统进行相对定位论述了前提和基础。2、详细推导了Multi-GNSS松组合与紧组合相对定位的数学模型并指出其差异与优缺点;给出了ISB的具体形式,并对比了常用的三种估计与提取方法。3、通过两组ISB零基线实验,计算了不同接收机对之间的ISB,对于Multi-GNSS全部具有同频信号的频点逐一展示和分析了各条基线的ISPB(系统间相位偏差)和ISCB(系统间码偏差);研究了各个频点上的观测值噪声和ISB特性,测试数据表明ISB在时域上稳定,但随接收机厂商和固件版本的不同而异,需要在进行紧组合定位时予以考虑。4、对于BDS系统,根据BDS-2和BDS-3之间的信号体制差异,本文将其作为两个独立卫星系统看待。首先通过实验数据分析验证了BDS-2卫星存在星端码偏差,需要对其观测值进行必要的改正。然后通过零基线ISB实验结果表明,在本文研究涉及的Trimble Alloy接收机和Septentrio接收机之间,BDS-2和BDS-3之间不存在ISPB,但是在B1I和B3I上分别存在1.057 m和0.149 m的ISCB。5、采用城市车载实验对比了紧组合与松组合的相对定位性能,并给出了定位可用性等指标的具体定义。实验结果表明:在卫星数较少的复杂环境下,紧组合相比于松组合在定位精度、模糊度固定率以及定位可用性等方面都可以带来显著的提升。以GE双系统单频定位为例,截止高度角在30°时,模糊度固定率提高22.3%,定位可用性提高19.3%。而在卫星数充足时,其性能与松组合相当,因此紧组合的优势在于解决复杂环境下的定位问题,这一点对于自动驾驶、城市及高深峡谷等应用场景而言具有重要意义。6、通过车载实验数据对比分析了在BDS-2和BDS-3组合定位时是否加入ISB改正对定位性能的影响,结果说明:无论是DGPS模式还是RTK模式,改正了ISB之后都可以使BDS系统定位性能得到显著的提升。以RTK的定位可用性为例,截止高度角在10°～30°时,可以提升约15%～38%。因此,建议在使用两代系统进行导航定位时,有必要对ISB进行改正,以获取更优质的BDS定位服务。