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近年来,全球卫星导航系统发展迅速,其中美国的GPS和俄罗斯的GLONASS在快速实现现代化,中国的BDS和欧盟的Galileo也发射了大量新卫星加快全球部署,融合多系统能极大提升GNSS的可用性和可靠性。在此背景下,本文以相对成熟的GPS系统为基准,聚焦发展迅速的BDS和Galileo系统,围绕信号数据质量与性能评估、多模多频精密定位技术和理论展开研究,内容包括BDS/Galileo/GPS新卫星新频点的信号数据质量评估、BDS/Galileo/GPS系统间偏差估计、BDS-3新系统性能评估以及多频模糊度解算方法研究等,论文的主要贡献概况如下:1.系统地推导了GNSS多模多频精密定位中的函数模型和参数统计模型,梳理了多频观测量的组合模型及常用组合,探讨了不同长度基线下的滤波模型和参数估计方法,给出了不同情况下的各误差处理策略,为后续的数据处理解算提供了理论基础。从轨道设计、信号体制、时间系统和坐标系统等方面系统全面的比较了BDS、GPS、Galileo三大系统的异同,在原有设计和建设经验的基础上,Galileo与BDS-3均提出了自己改进的二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号。2.针对BDS/GPS/Galileo新卫星新信号提出了一套较为全面的信号数据质量评估方法,包括载噪比建模、伪距多径建模、相位多径建模以及双差残差分析等方法。Galileo E5频点相比于其它频点无论在信号强度还是抗多径性能等方面都具有明显优势,这可能与其采用新的信号调制方式有关。相同频点上BDS-3试验星的多径明显小于BDS-2,且存在于BDS-2上的星上多径在BDS-3试验星中不再出现。无论是伪距多径还是相位多径均存在高度角相关和周期性变化等特性。截至到2018年6月实验时,Galileo虽然卫星数较少,仍可达到与GPS相当的定位精度,甚至优于BDS-2。通过分析单历元单频RTK定位的验后残差,可以看到E5频点上的码双差残差要明显小于其它频点,整个Galileo系统也要优于其它两个系统。3.基于BDS/Galileo/GPS上的重叠频点,提出了附加约束条件和不附加约束条件的系统间偏差参数估计方法,即对测站坐标分别施加约束和不加约束,系统间相位偏差和伪距偏差均具有一定时间域内保持相对稳定的特性,系统间偏差与所选频点、接收机类型、接收机固件版本均相关,随接收机固件版本升级,不同频点上系统间偏差所受影响不同。系统间相位偏差和系统间伪距偏差所受固件版本升级影响也不相同。在不附加约束条件的系统间偏差估计方法中,分别计算了白噪声、随机游走和随机常数三种时变模型下的系统间偏差估值,基于过程噪声为零的随机常数模型确定的系统间偏差值与附加约束条件估计得到的系统间偏差值最为一致。4.分析了混合接收机类型Trimble-Javad中GEO卫星和非GEO卫星间星间系统偏差影响。受星间系统偏差影响,无论是B2单系统还是B2/E5b组合系统定位,模糊度均不能成功固定,在求B2/E5b频点上系统间偏差时,GEO卫星和非GEO卫星间在系统间相位偏差上会存在0.5周的偏差。在对GEO卫星和非GEO卫星观测量分别进行改正后,无论是B2单系统还是B2/E5b松、紧组合系统,模糊度固定成功率均得到明显提高,甚至接近100%。5.针对紧组合中易受系统间偏差影响的问题,研究了利用确定的系统间相位偏差和伪距偏差分别改正紧组合观测量提高定位性能的方法。紧组合相对定位中各组合系统共选一颗参考星,松组合则为各系统各选参考星,紧组合相比于松组合观测量增加,空间几何强度也得到强化,但紧组合定位中必须考虑系统间偏差的影响。针对不同频点上不同系统间偏差值,文中对原始观测量分别进行改正,经系统间偏差改正后的紧组合单历元单频RTK定位在模糊度固定成功率及RMS值上都要优于松组合,尤其对于L5/E5a频点,松组合固定成功率不到60%,而紧组合可以达到80%以上。利用不附加约束条件的系统间偏差估计方法得到的紧组合定位结果,模糊度固定成功率和定位精度也要明显优于松组合定位。6.基于全球分布的MGEX站实测数据,对BDS-3全球系统的导航定位服务性能展开了系统全面的评估,包括信号质量、星上设备时延、系统间偏差估计等。相同频点上如B1I、B3I,BDS-3信号强度明显高于BDS-2,同时BDS-3的新频点B2a无论在信号强度、噪声水平还是抗多径性能都要优于BDS-3的其它频点。BDS-3卫星星上设备时延与BDS-2产生差异,与DCB不再保持一致性。BDS-2与BDS-3之间在不同测站中均存在变化趋势一致的系统间偏差,这可能与BDS-2和BDS-3在运控端采用两套不同软件相关。受以上种种因素影响,BDS-2/BDS-3组合伪距定位相对于BDS-2单系统定位精度并没有明显提高。7.针对中长基线下三频载波模糊度解算(Three-Carrier Ambiguity Resolution,TCAR)方法中窄巷模糊度解算易受电离层影响的问题,提出了改进的TCAR方法。传统TCAR方法中,超宽巷、宽巷组合由于波长较长,模糊度较易固定,但窄巷模糊度波长较短,在中长基线下,受残留电离层延迟误差影响模糊度固定成功率较差。文中提出的改进TCAR方法中首先基于Kalman滤波估计得到残余的双差电离层延迟,然后再用平滑算法细化估计的双差电离层延迟,最后利用平滑估计得到的双差电离层延迟改正窄巷模糊度的解算。与传统TCAR方法相比,改进TCAR方法所得的窄巷模糊度残差大部分可以达到0.5周内,模糊度固定成功率得到显著提高。8.为实现单频单历元RTK高精度快速定位,提出了三频模糊度解算中部分模糊度解算方法。首先通过将“fix and hold”模式引入到三频模糊度解算中,利用卫星高度角来筛选确定模糊度子集,然后针对超宽巷组合中一周的误差可能导致窄巷中数周的误差的问题,采用对超宽巷组合固定取整施加约束的方法,结果表明:基于改进的TCAR方法,在中长基线下通过采用部分模糊度策略,可极大提高模糊度解算成功率,减少定位时间,短时间内便可实现高精度定位。