全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)己经成为全球发展最快的信息产业之一。因为可以在全球性、全天候、连续性和实时性的特点下提供定位、导航和授时服务,导航卫星系统在民用和军事应用方面都发挥了重要作用。目前世界上存在两个全球导航卫星系统:GPS和GLONASS,正在建设的有欧洲Galileo系统。其中GLONASS由于俄罗斯全球战略的变化及经济问题,当前处于恢复阶段,只有20颗在轨卫星,无法提供全球导航定位服务。由于各GNSS单系统的卫星星座规模有限,提供导航定位服务的精确性、可用性、连续性、可靠性以及完好性无法得到保障,因此产生了很多导航卫星系统的辅助导航方法,如惯导辅助、气压高度计辅助和静止轨道卫星(GEO)辅助等方法。但上述方法都需要在用户端附加惯导、气压高度计等辅助设备,因此增加了用户接收机的成本和体积,且相应的融合算法复杂。同时,近年来随着各个全球导航卫星系统的发展和兴建,多种导航卫星系统的组合使用逐渐成为卫星导航领域的一个研究热点。因此,本文提出由GPS和Galileo构成GPS-Galileo组合导航卫星系统的设计思想。重点研究了GPS-Galileo组合导航卫星系统的以下几个方面:第一,GPS-Galileo组合导航卫星系统的观测量及其测量误差分析和观测数学模型推导。研究分析了GPS-Galileo组合导航卫星系统的码伪距和载波相位伪距观测量以及观测量的测量误差;审查、测试、评估和执行GNSS单系统的观测数学模型,在此基础上推导出GPS-Galileo组合导航卫星系统的观测数学模型。第二,GPS-Galileo组合导航卫星系统的性能分析。GPS-Galileo组合导航卫星系统使用时,可以利用其星座结构变化大、可见卫星数增多、可获得两个或多个频率的导航信号等优点。因此需要分析组合系统的精确性、可用性、连续性和可靠性给导航定位服务带来的影响,以及与单系统相比的性能优势。第三,GPS-Galileo组合导航卫星系统的导航解算算法研究。为了提高导航卫星系统的定位精度,在研究传统卫星导航解算的最小二乘算法、加权最小二乘算法和卡尔曼滤波算法的理论基础上,利用GPS和Galileo组合使用的特点,提出了适用于组合系统的改进选星算法和改进导航解算算法,并通过仿真给出了改进选星算法的改善情况。第四,GPS-Galileo组合导航卫星系统的多故障完好性算法研究。由于两系统的组合使用,使组合星座可提供的冗余观测量增多。本文在研究多频多模组合导航软件接收机自主完好性监测(RAIM)算法的前提下,分析各传统RAIM算法,提出了GPS-Galileo组合导航卫星系统的多故障完好性监测方法,仿真给出了组合系统完好性故障检测可用性分析的结果。