GNSS具备全球性、全天候以及高采样率的三维高精度观测优势,广泛应用于导航定位、工程勘测、地学研究等领域。2010年以来,随着美国GPS和俄罗斯GLONASS的现代化加速推进,以及欧洲Galileo和中国BeiDou的不断建设与完善,GNSS朝着多频、多系统、高精度和实时方向发展。北斗/GNSS卫星高精度的实时轨道为实时北斗/GNSS精密服务提供了动态基准,是诸如PPP、PPP-RTK等实时应用的基础。目前常用的实时定轨方法有事后预报与扩展滤波两种。相较于事后预报,扩展滤波具备更为灵活的操作性和更高的效率,尤其是在动力学模型误差较大情况下可以通过调整动力学模型参数的过程噪声来实时平衡动力学模型和观测值之间对轨道估值的贡献,并且在卫星发生机动时具备一定的系统异常实时检测能力,同时也避免了历史数据的冗余计算,是实时高效精密定轨的一个重要发展方向。然而,随着在轨导航卫星数量的不断增加,数据处理效率成为进一步提高实时滤波精密定轨性能的瓶颈,其首要问题即需要解决北斗/GNSS多系统卫星联合数据处理时由于卫星数量过多导致数值积分效率低下的问题。同时,由于轨道参数先验精度、动力学模型精度以及几何结构等因素的限制,利用广播星历作为起算的实时滤波定轨在滤波启动后往往需要十几个小时的收敛时间才能达到较稳定的精度水平,增加了系统的初始化时间。此外,在实时精密轨道的应用方面,多频数据的深度融合处理成为新的研究热点,尤其是不同GNSS系统伪距和相位上的硬件延迟偏差对北斗/GNSS多频非差非组合参数估值的影响机制尚不明确,有待进一步研究。针对GNSS实时性的应用需求以及多频化的发展趋势,本文围绕北斗/GNSS实时高效精密定轨技术及多频应用的研究热点,重点研究多GNSS卫星轨道高效数值积分、实时滤波轨道与钟差的快速收敛、零偏期间北斗IGSO与MEO卫星的实时精密定轨以及频间时钟偏差(IFCB)特性及其对北斗/GNSS多频数据融合处理的影响四个方面内容,解决目前存在的理论难题与技术问题,并在此理论与方法创新的基础上,基于实测数据开展实时精密轨道与钟差确定、北斗/GNSS多频PPP定位等验证分析。本文的研究内容和主要贡献如下:1.推导了 GNSS实时精密定轨中涉及到的卫星轨道变分方程和观测方程,系统总结了常用的动力学模型以及观测值误差改正模型,详细阐述了目前不同系统GNSS卫星的姿态控制策略,重点研究了平方根信息滤波(SRIF)算法原理及其在实时精密定轨中的实现。2.在分析了积分步长对不同GNSS卫星Admas积分精度的影响以及不同动力学模型计算效率的基础上,提出了自适应变换RKF-Admas积分步长和北斗/GNSS多卫星同步联合积分相结合的多GNSS卫星快速积分方法。实验结果表明,在不损失积分精度的前提下,采用自适应变换步长RKF-Admas积分方法在积分24h情况下每颗卫星平均耗时为0.09s,较传统固定步长RKF-Admas积分方法提高了 1倍;采用联合积分方法时,积分一个历元(30s)情况下每颗卫星耗时不足0.01s,并且参与积分的卫星数越多效率提升效果越明显。3.分析了初始轨道参数对北斗/GNSS实时定轨滤波收敛的影响,并提出了利用预报轨道约束的实时滤波精密定轨快速收敛方法,推导了约束方程的表现形式,给出了新方法的实现流程。实验结果表明,在合理设置约束方差前提下,新方法能显著提升滤波收敛速度,并且收敛后与不进行约束的情况下轨道估值差异在mm量级。在此基础上,进一步利用WUM产品进行动力学拟合预报分析了定轨弧长对四系统GNSS卫星预报轨道精度的影响,发现了不同卫星系统预报精度达到最高的定轨弧长有所差异,其中GPS卫星为36h至44h,GLONASS卫星为40h至48h,Galileo与北斗卫星均为44h至52h,并指出最佳弧长与定轨精度及动力学模型精度有关,但与轨道类型无显著关系。4.分别利用事后预报与扩展滤波两种实时定轨方式评估了零偏期间北斗IGSO与MEO卫星的实时轨道精度。结果表明,在ECOM-5参数光压模型基础上增加估计切向常量加速度的情况下可以有效改善零偏期间IGSO与MEO卫星的事后轨道精度,定轨精度与动偏期间卫星相当,但预报6h轨道相对动偏期间的卫星仍存在较大的精度损失;本文实时滤波轨道在ECOM-5参数基础上,提出利用自适应调整光压模型参数噪声方法来补偿光压模型误差的影响,并通过逐历元更新方式有效控制积分误差的积累,使零偏期间IGSO与MEO卫星较事后预报6h轨道精度提高了约18%,达到与动偏卫星一致的精度水平。5.研究了北斗/GNSS卫星IFCB特性及其对多频非差非组合参数估值的影响。首先深入研究了多频非差非组合误差方程的秩亏特性,通过添加七类基准得到多频非差非组合满秩误差方程,推导了不同钟差频率基准间各参数转换关系。在此基础上,分析了相位硬件延迟的变化对非差非组合各参数的影响机制,证明了利用相位平滑伪距DIF组合计算得到的IFCB与利用非差非组合计算得到的IFB参数之间的比例关系,并通过建模发现GPS卫星端IFCB存在2π与π两个周期性变化,最大振幅可达10cm,破坏了非差非组合IFB参数的常数特性,而北斗与Galileo卫星端IFCB的mm级变化对IFB参数常数特性影响不明显,因此将IFB作为常参数估计是引起GPS多频数据在非差非组合模型中不兼容的主要原因。6.提出了综合利用非差非组合与无几何距离相位平滑伪距的卫星多频DCB加权估计方法。通过实验表明,即使在较少测站情况下该方法也能精确估计GNSS卫星DCB,其中GPS卫星DCB与CODE产品相比差异的RMS优于0.lns,北斗卫星DCB与DLR产品相比RMS优于0.3ns;与传统相位平滑伪距方法相比,GPS卫星DCB的STD平均提高了 30%,北斗卫星DCB的STD平均提高了 20%。7.综合评估了实时精密轨道、钟差及用户端多频动态PPP的精度,研究了频间时钟偏差对利用非钟差频率基准的PPP的影响。利用150个IGS与MGEX跟踪站的10天实测数据表明,与IGS事后最终轨道相比,GPS实时轨道三维精度为7.8cm;与WUM及GBM事后产品相比,北斗GEO卫星三维精度优于4m,IGSO卫星三维精度为20～40cm,MEO卫星三维精度为llcm,精度水平与目前主流研究成果相当。基于实时轨道与钟差,利用GPS的L1W(C)/L2W及北斗的L21/L7I频率无电离层组合进行实时动态PPP解算,GPS单系统水平与高程精度为5cm,北斗单系统精度略低于GPS单系统,而GPS/北斗联合定位时能同时显著改善单系统定位收敛时间及精度;利用L71/L6I频率无电离层组合进行北斗单系统PPP时,改正卫星IFCB后能显著缩短不改正卫星IFCB的PPP收敛时间,收敛后定位精度也有一定程度的提高。