导航卫星是以时间为基准的测距系统,高精度的星载原子钟是全球导航卫星系统的基础,通过对星载原子钟的星钟参数进行估计和预报,获取精确星载原子钟的时间参数,对于导航系统的时间同步以及提升其相关的服务性能意义重大。由于卫星钟差是基于多星联合定轨解算得到的,其会受到卫星轨轨道误差耦合的影响,另外,北斗卫星的力学建模尤其是光压模型存在一定的系统偏差。由误差传播定律可知,这些都会导致钟差模型产生误差,从而使得常规钟差模型的拟合效果与预报精度都受到了一定程度的影响。此外,卫星钟差的残差中包含了除白噪声以外的,其他变化复杂的有色噪声,使得常规预报模型较难拟合这些非线性且无显著规律的有色噪声,这些模型误差也会对星钟参数的估算及卫星钟差预报的精度产生影响。半参数估计法是一套分离模型误差(系统误差)的有效方法。本文将半参数平差模型引入到BDS的钟差数据的处理过程中,改进了常用的钟差模型。同时顾及BDS卫星钟差序列中存在频次较高的数据异常情况,以及现有钟差异常数据处理的研究还相对较少这一现状,将Cook距离引入到BDS钟差序列中进行数据诊断分析,提出了基于半参数平差模型的BDS卫星钟差异常数据探测与处理方法。针对已有的周期项模型中存在的模型误差问题,将半参数核估计理论引入到BDS卫星钟差预报中,构建了更符合卫星钟差序列变化规律预报模型,扩充了已有卫星钟差预报理论。本文主要内容及研究成果如下:1、针对北斗卫星钟差数据中出现钟跳、粗差等频次较高的异常数据情况的问题,本文综合考虑这些异常数据和系统误差,首先基于改进的钟差模型,利用补偿最小二乘原理和极值求解方法,详细推导了分离异常数据前后参数和非参数估计值与相应观测值改正数的关系表达式,实现了异常数据的定值、参数求解和系统误差分离。在此基础上,引入Cook距离,给出了利用参数分量和非参数分量的Cook距离及混合Cook距离,去判断异常值的位置,并给出了一些参数(Q及C)的选取方法及相应的处理措施,实现了卫星钟差异常数据的定位、定值以及部分系统误差的分离。最后,采用武汉大学GNSS中心提供的采样间隔为5min的北斗卫星精密钟差数据,用本文的方法与常用方法进行了实验对比,实验结果表明,本文方法能够有效地识别并处理卫星钟差数据中的异常值,有效克服了基于经验阈值钟差异常数据探测方法的不足,且该方法对于量级较小的异常钟差数据也有很好的探测效果,一定程度丰富了现有的BDS钟差数据质量控制方法。2、针对目前常规北斗钟差预报模型存在模型误差的影响,本文提出了顾及模型误差的半参数平差模型BDS卫星钟差预报方法。首先对常规北斗钟差预报模型所存在的模型误差进行了分析,同时详细探究了多项式模型、附加周期项改正的多项式模型与其周期改正项之间的关系,其次,在考虑模型误差的同时,结合钟差序列中相位、频率、频漂及其周期间的物理关系,对常规钟差预报模型进行了改进,利用核估计并综合最小二乘,导出了基础预报模型的相应参数解及其模型误差的估值,实现了钟差序列模型误差的动态修正。最后,采用武汉大学GNSS中心提供的采样间隔为5min的北斗卫星精密钟差数据,用本文的预报方法与常用方法进行了实验对比,实验结果表明,本文预报方法对BDS卫星钟差的模型误差能达到较好的修正效果,同时可以对确定主周期时所引起的模型误差进行有效补偿,有效克服钟差周期改正项不准确的影响,其北斗卫星6h、12h和24h的平均预报精度较常规北斗钟差预报模型分别提升了27.13%、37.71%和45.08%;平均模型改进率分别为16.92%、20.96%和28.48%,丰富了现有的BDS卫星钟差预报方法。3、对比了补偿半参数法与半参数核估计法在修正常用的钟差模型系统误差(模型误差)方面的效果,对影响模型解算效果的相关要素进行了详细地探究。此外,对这两种方法在BDS卫星钟差建模及短期预报方面的性能进行了深入探究,同时对两种方法所分离出的模型误差序列进行了分析,并结合这两种方法的适用范围给出了一些建议。4、总结了本文所做的研究工作,并对其中存在的不足之处进行了归纳与梳理,同时对接下来的工作进行了展望。