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我国卫星导航系统的建设采用先满足境内及周边区域导航定位授时服务需求，再过渡到满足全球服务需求的分阶段发展策略。与GPS、GALILEO等其它卫星导航系统相比，无论是目前正在建设的区域卫星导航系统，还是初步计划于2020年建成的全球卫星导航系统，我国的卫星导航系统都有显著的差别。在星座设计上，卫星导航系统采用中轨高度卫星MEO，地球同步卫星GEO以及周期倾斜地球同步轨道卫星IGSO的混合星座；在导航信号设计上，采用三个频点的码分多址RNSS编码体制；在提供的导航服务上，将导航定位授时(PNT)等基本服务与差分等授权用户服务统一考虑。除了导航服务，我国卫星导航系统还通过星座中的GEO卫星提供短报文通讯和主动定位等RDSS服务。
导航用户的定位精度正比于几何精度衰减因子(GDOP)和用户距离误差(URE)的乘积。其中GDOP取决于用户可视范围内的卫星数目及其空间分布。优化服务区域内导航用户的GDOP空间分布以及在一个星座重复周期内的GDOP变化指标是星座设计的基本原则。URE取决于导航卫星发播导航电文的轨道误差和钟差模型误差，以及导航信号在大气中传播的介质修正误差。为了达到高精度的URE指标，GPS和GALILEO均布设了全球分布的地面测轨和时间同步监测站。基于高精度测轨数据，以及对卫星轨道动力学的高精度建模，GPS已实现了好于1m的全球导航服务URE指标。
然而，由于多种原因，定轨和时间同步监测站的全球布设，无论对我国的区域卫星导航系统，还是即将建设的全球卫星导航系统，都是难以实现的。根据初步的系统设计，我国的地面测轨监测网只能实现对MEO卫星平均不到40％的轨道覆盖，即MEO轨道的大部分弧段都没有地面测轨数据的约束。因而，如何基于区域地面监测网的测轨数据实现对导航卫星的精密定轨和时间同步，就是我国卫星导航系统建设必须解决的关键问题。
本文研究内容即是针对这个问题的初步尝试。对区域监测网无法覆盖MEO轨道全弧段的问题，本文提出的应对策略是采用增加定轨的时间弧段。我们首先采用区域测轨网的GPS实测数据，通过定轨试验证实了通过增加定轨数据的弧长可以在一定程度上抑制由于地面测轨网的有限地理分布导致的定轨精度下降。这部分研究内容及获得的初步结论包括在论文的第四章中。
在第五章中本文结合我国区域卫星导航系统的实测数据进一步发展、改善了这种针对区域监测网的精密定轨策略。本章内容和第四章一起构成了本论文的核心内容。
与GPS不同的是，目前我国区域卫星导航系统主要由GEO和IGSO卫星组成。在本文写作的过程中(2010/01-2011/05)只获得了有3颗GEO卫星和2颗IGSO卫星组成的混合星座测轨数据。而混合星座中GEO卫星的存在使得卫星轨道和其他参数之间产生较强的统计相关性，如卫星轨道参数与卫星钟差参数及监测站大气天顶延迟间具有较大相关性。待估参数相关性增强将影响轨道确定和预报精度。
对中高轨道卫星而言，太阳辐射压模型误差是影响精密定轨与轨道预报精度的重要误差源。由于不同的卫星平台和太阳翼板特征，特别是由于我国导航卫星的卫星平台采用了不同于GPS卫星的姿态控制模式，针对GPS建立的经验太阳辐射压模型不能直接应用于我国的导航卫星。第五章对实测数据的定轨试验表明，区域卫星导航系统要提高定轨和轨道预报的精度，有必要根据长期实测数据建立适用于自身卫星的辐射压模型。
通过对我国区域卫星导航系统的测定轨试验获得的另外一个重要认识是，利用我国卫星导航系统独有的独立星地和站间时间同步体制设计，可以获得对定轨精度的定量评估。GPS和GALILEO的定轨精度独立外符评估都依赖激光测距数据，但受制于气象因素，激光测距的评估能力难以满足作为导航信息的轨道精度的实时质量控制要求。第五章的定轨试验表明，采用我国卫星导航系统独有的时间同步体制设计，可以实现对轨道精度的全面可靠实时监视。这一结论是本文最重要的新认识和新发现。
在我国卫星导航系统从区域服务向全球服务的过渡中，为彻底克服地面测轨监测网的有限地理分布问题，全球导航系统的论证提出了采用星间链路测距和星间时间同步的测轨模式来增强仅依赖有限分布地面监测网的星地链路定轨模式，其目的是提升区域导航系统的指标。但是对于星间链路的一些关键设计指标，如测距精度，测距频度等，由于缺乏已工程实现的星间链路的经验参考(目前只有GPS实现了UHF频段的时分多址全向星间链路)，还没有充足的设计依据。本文第六章的目的就是建立尽量接近实际情况的仿真平台，通过模拟计算论证全球系统定轨指标的可实现性，以及为提升指标需要星间链路测量提供的基本要素。
本文的具体内容和得到的主要结论如下：
首先概述了区域卫星导航系统时间系统和坐标系统，特别简单介绍了我国卫星导航系统采用的时空基准。
简单介绍了卫星动力学定轨的基本原理及基于星地链路的多站多星定轨算法实现，多站多星定轨采用的钟差约化算法，星地/星间链路联合定轨处理方法。
采用GPS实测数据比较分析了区域分布监测网与全球分布监测网精密定轨结果和方法的差异。采用全球监测网，GPS两小时预报轨道精度约为100cm，预报钟差精度约为5ns。对于地理分布范围有限的区域监测网，卫星高度角与观测弧段数的差异，导致了各卫星精密定轨精度的差异。采用3天区域监测网观测数据对GPS卫星定轨，定轨精度较高的卫星URE约为15 cm，而定轨精度较低卫星URE约为60 cm。
由于经验太阳辐射压模型存在误差，定轨时还要解算经验加速度吸收动力学模型的残余误差。区域分布GPS监测网的定轨试验表明，若同时解算辐射压摄动因子、Y-bias和经验加速度两种参数，解得的经验加速度与全球网解算的参考值差异较大，且辐射压参数精度也受到较大影响，多数卫星辐射压参数与全球网参考值偏差在10％以上。而区域分布网定轨不解算经验加速度可以得到更接近全球网参考值的辐射压参数。
区域网定轨时同时解算辐射压和经验加速度，定轨结果外推1天轨道URE较好的卫星可达到0.20 m，最差的约为3.18 m，而各卫星的平均预报URE约为0.71 m。采用带辐射压约束条件的区域网定轨，可以提高定轨与预报精度，尤其对预报弧段提高较大。预报1天，URE最好约0.14 m，最差约3.05 m，各卫星平均URE约为0.58 m，提高约13 cm。
采用区域卫星导航系统实测数据分析多站多星定轨精度、参数相关性，提出了适用于区域监测网的多星定轨策略，提出了多星定轨钟差估计值与时间同步钟差观测值差异，分析了多星定轨轨道与钟差相关性，采用激光测距数据检验轨道视向误差，采用伪距数据检验两小时预报轨道区域用户距离精度。
采用多星定轨方法可以实现GEO/IGSO混合星座精密定轨与轨道预报。从激光测距残差来看，目前在3GEO+2IGSO星座情况下，三天弧长区域监测网进行多星定轨，弧段轨道误差约1米，预报2小时轨道误差约2米，预报24小时轨道误差约2.5米。
探讨了适用于区域卫星导航系统的太阳光压模型，实测数据表明，适用于GPS卫星的光压模型并不适用于区域卫星导航系统。在现有光压模型基础上，增加轨道T/N方向周期函数估计参数可以在在一定程度上提高精密定轨与轨道预报精度。
卫星星座组成不同，可能造成多星定轨解算参数相关性不同，当相对地面监测网可移动卫星IGSO增多时，可以降低GEO卫星待估参数相关性，提高定轨与预报精度。随着卫星逐渐组网，尤其是IGSO和MEO卫星比重逐渐增大时，多星定轨有望获得更好的定轨与预报精度。
采用带约束的钟差估计方法实现星地/星间联合定轨，采用仿真数据分析了星间链路对区域监测网精密定轨影响，比较分析了星间链路对区域监测网轨道确定与预报的改善作用。星间链路观测数据可以对卫星T/N方向提供有效约束条件，仅在有限的MEO卫星上实现星间单向测距即可提高区域监测网精密定轨与轨道预报精度。
仅一个地面监测站情况下，在所有MEO卫星之间实现有限条双向观测链路，可以实现对MEO整体星座精密定轨，轨道精度高于区域监测网精密定轨与预报精度。在GEO/IGSO/MEO卫星间实现星间观测链路，联合区域监测网可以实现全星座精密定轨与预报。