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当前全球导航卫星系统(GNSS)发展迅速,继GPS、GLONASS整星座运行后,BDS和Galileo也即将在近期完成全球星座组网任务。现代化的GNSS均计划发播三频以上的导航信号,越来越多卫星的三频信号被地面测站接收,为GNSS的精密数据处理带来了新的机遇与挑战;低轨卫星增强GNSS定轨也成为目前的研究热点。为提升导航卫星轨道精度,本文针对GNSS数据质量分析与控制、多频卫星精密定轨、非组合定轨模型精化、LEO/GNSS联合定轨仿真等关键问题展开研究,主要贡献和结论如下:1.研究评定了BDS-3观测数据质量及星载原子钟性能。基于iGMAS数据对BDS-3卫星信号的信噪比、伪距噪声和多路径误差进行了分析,并与BDS-2/GPS/Galileo卫星进行比较。BDS-3二代信号信噪比略优于BDS-2,B1C/L1/E1信噪比低于其他频点且GPS卫星更优;噪声和多路径各GNSS基本相当。在分析精密定轨钟差产品系统噪声的基础上,对BDS/Galileo/GPS钟差数据预处理和钟性能评定实现自动批处理。BDS-3铷钟的整体性能优于BDS-2卫星,BDS-3氢钟多数指标已经与Galileo氢钟性能相当,其中BDS-3铷钟、氢钟万秒稳均值分别为2.49E-14、2.32E-14,天稳分别为8.64E-15、5.28E-15。2.归纳总结GNSS精密定轨模型的基准问题解决方案,指出一方面需要给定坐标基准,使网型固定于某一参考框架内并保证无整网旋转及尺度变化;另一方面需要给定时间基准和设备时延基准,解决GNSS观测方程的秩亏问题。在此基础上,研究推导了基于IF组合或第一频点作为钟差基准的IF组合/非组合多频多系统GNSS满秩观测方程,并进行了算例分析。表明不同基准策略或不同观测模型得到的定轨结果基本一致,以第一频点作为钟差基准可同时获得可分离的码间偏差产品,但可能会增加码间偏差参数解算的不稳定性。3.非组合精密定轨策略需要估计巨量的电离层延迟历元参数,导致计算耗时严重,提出一种改进的参数消除恢复算法。以一组“站-星-历元”观测量为单元对电离层参数即时消除,可实现对单个电离层参数消除而不需矩阵求逆。实验结果表明新算法相比常规历元参数消除策略,可将计算效率一次迭代耗时提升数倍甚至数十倍。4.研究了双频非差IF组合/非组合精密定轨观测模型及其模糊度固定方法。从理论上证明了两种观测模型在使用“宽巷-窄巷”模糊度固定策略时,可消去两者参数重组后模糊度参数的差异,得到等价的模糊度固定解结果。以GPS和GPS/BDS-3两个算例进行试验,表明两种策略得到的产品精度相当,从多个方面比较了两种观测模型定轨结果差异,其中GPS轨道、钟差差异分别在亚mm以内、1ps以内,相应的BDS-3差异分别在mm量级、1-10ps量级。5.提出了三频非差IF组合/非组合精密定轨观测模型及其模糊度固定方法,评定了第三频点观测量对GNSS精密定轨的贡献。针对GPS卫星存在相位时变偏差问题,将载波相位观测量的时延偏差分成时变和时不变分量,分别得到相应的三频定轨观测模型;发展了适用于精密定轨的双差策略的三频模糊度固定方法。以可发射三频信号的GPSIIF、BDS-2、Galileo卫星为例,三频非组合精密定轨结果表明第三频点观测量对精密定轨贡献很小(不到5%);同时发现GPS三频定轨较L1/L2双频定轨可将定轨产品精度提升10%左右,原因是L5较L2频点具有更高的码片率和信号功率。6.研究了第三频点偏差项估计及模糊度固定优化策略。推导了顾及/不顾及接收机端载波相位观测量时延偏差时变分量的三频非组合精密定轨模型,试验表明该偏差分量基本可以忽略;讨论了第三频点时延偏差站星分离/合并参数估计策略,算例表明两种策略定轨结果相当,但建议网解情况下使用站星分离策略,可减少待估参数。提出利用非组合浮点模糊度进行宽巷双差模糊度固定的方法,宽巷残差分布结果表明新方法相比MW组合策略得到的宽巷双差模糊度精度更高;提出对三频模糊度固定方法的更新策略进行改进,指出单独使用1/2频点双频IF组合的更新策略并未顾及第三频点模糊度固定值的信息,提出使用“矩阵方案”的模糊度更新策略。7.提出利用非组合模型估计PCO的理论与方法。首先进行双频数据验证,基于2018全年GPS数据,试验结果表明新方法得到的PCO产品(经过IF组合后)与IF策略产品数值基本相当,利用新/旧PCO产品定轨结果内符合精度基本一致。针对两个频点PCO存在严重相关性的问题,提出利用IGS产品(IF组合)进行先验约束的方法,结果表明改进的方法使PCO估值的标准差水平、垂直方向分别降低了20%、60%左右,且新产品可取得略微更优的定轨精度。针对目前IGS发布的天线文件仅重处理两个频点的PCO问题,基于三频非组合模型提出一种仅估计第三频点PCO的方法。GPS试验表明估计的L5频点的PCO定轨结果优于直接使用L2频点结果,为三频GNSS的模型精化迈向更深一步。8.低轨卫星增强导航卫星精密定轨的实测数据和仿真实验研究。基于三颗LEO和20个区域测站,评定了LEO差异在不同测站数量下对LEO/GNSS联合定轨的影响,表明LEO卫星轨道高度及倾角差异对定轨精度影响较小,但少量测站数量情况下,不同的2颗LEO卫星对定轨精度影响差异可达cm量级。针对我国区域监测站布局现状,并鉴于小型化的LEO星座便于部署和管控,仿真了一种由24颗LEO卫星组成的星座,实现对BDS-3的增强。仿真结果表明联合定轨可将BDS-3各类卫星定轨精度提升至cm量级。